Czy fuzja jądrowa zrewolucjonizuje świat?

Naukowcy od dawna przypuszczają, że fuzja jądrowa może być obiecującym sposobem pozyskiwania energii, ale ostatnie badania naukowe oznaczają prawdziwy przełom! Co dokładnie odkryto i czy wpłynie to na przyszłość energetyki?

Czym jest fuzja jądrowa?

Fuzja jądrowa (synteza jądrowa) to naturalny proces, którego doświadczamy na co dzień. Najprościej rzecz ujmując, polega on na rozbijaniu lekkich atomów w celu wytworzenia cięższych. Podczas tej reakcji uwalniane są ogromne ilości energii. W ten sposób powstaje ciepło i światło Słońca i gwiazd.

Czy moc gwiazd możemy wykorzystać na ziemi?

Naukowcy twierdzą, że fuzję jądrową można wywołać też w inny sposób – samodzielnie, i właśnie tego dotyczą obecne badania, które trwają co najmniej kilkadziesiąt lat… Wywołanie reakcji jest bowiem złożone i wymaga zastosowania poważnej inżynierii.

Dokładniej tą reakcję, wynikające z niej korzyści, a także wyzwania fuzji jądrowej w warunkach ziemskich wyjaśniamy w artykule Fuzja jądrowa – źródło energii przyszłości? Najlepiej więc zajrzyj do niego w pierwszej kolejności, aby lepiej zrozumieć tematykę. Bo wydaje się, że to nad czym się do tej pory zastanawialiśmy zaczyna mieć realne szanse, aby się spełnić, dzięki ostatnim osiągnięciom naukowców.

Fuzja ekscytuje naukowców, odkąd po raz pierwszy odkryli, co powoduje, że Słońce świeci. Dzisiejsze wyniki naprawdę stawiają nas na drodze do komercjalizacji tej technologii.

dr Melanie Windridge, dyrektor generalny Fusion Energy Insights

Co dokładnie udowodnili naukowcy?

Już w 2021 roku sądziliśmy, że opłacalna generacja energii z fuzji jądrowej jest coraz bliżej. Ówczesne badania naukowców z National Ignition Facility (NIF), części Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii, dały nadzieję, że zastosowanie fuzji jądrowej do produkcji energii stanie się możliwe. Teraz świat obiegła dobra nowina, bo badania poszły naprzód, co stanowi kolejne potwierdzenie wcześniejszych hipotez.

Naukowcy z Lawrence Livermore National Laboratory ogłosili, że ich eksperyment z syntezą jądrową się powiódł. Po raz pierwszy w historii udało im się pozyskać w tej reakcji większą ilość energii niż do niej włożyli. Stan ten określany jest jako zapłon, przyrost energii lub dodatni bilans energetyczny.

Podczas eksperymentu 192 wysokoenergetyczne lasery skupiły się na celu wielkości ziarna pieprzu, podgrzewając kapsułę deuteru i trytu do ponad 3 mln stopni Celsjusza, chwilowo symulując warunki wewnątrz gwiazdy, osiągając zapłon.

dr Jill Hruby, podsekretarz energii ds. energii jądrowej

Na nagraniu udostępnionym przez NIF możemy zobaczyć jak przebiegał eksperyment:

Czy wyprodukowano dużo energii?

Zdecydowanie nie. W trakcie eksperymentu zespół badawczy zużył 2,05 MJ energii do podgrzania paliwa za pomocą laserów. Następnie udało się uwolnić 3,15 MJ energii. Zatem różnica pomiędzy ilością energii włożoną do procesu a pozyskaną wynosi 1,1 MJ – to ok. 0,3 kWh. Dla porównania, do zagotowania pełnego czajnika wody potrzebujemy ok. 0,2 kWh. Z drugiej strony oznacza to, że wyprodukowano ponad 50% więcej energii od ilości niezbędnej do zainicjowania procesu.

Czy rzeczywiście jest to przełom?

Opinię, że to wydarzenie jest przełomem w badaniach naukowych, podzielają fizycy na całym świecie.

Dzisiejszy sukces opiera się na pracy wykonanej przez wielu naukowców w Stanach Zjednoczonych, Wielkiej Brytanii i na całym świecie. Osiągnięty zapłon nie tylko uwalnia energię syntezy jądrowej, ale także otwiera drzwi do nowej nauki.

prof. Gianluca Gregori, profesor fizyki na Uniwersytecie Oksfordzkim

Choć podczas eksperymentu energii nie powstało dużo, to wydarzenie poruszyło środowiskiem naukowym na całym świecie, ponieważ dzięki niemu:

• uzyskano dodatni bilans energetyczny,
• przekroczono „próg zapłonu” – wywołane reakcje fuzji zaczęły się same podtrzymywać,
• udało się to osiągnąć pierwszy raz po wielu latach pracy.

Jak wspomnieliśmy na początku artykułu, badania nad syntezą jądrową trwają wiele lat. Jednak dopiero teraz, po raz pierwszy naukowcom udało się wykazać zapłon, czyli przyrost energii. I właśnie dlatego uważa się to za sukces. Tym bardziej, że wiążemy z fuzją jądrową niemałe nadzieje.

Krok do obfitej czystej energii w przyszłości

Na świecie obecnie zachodzi wiele przemian w zakresie pozyskiwania energii elektrycznej, dążymy do energii bezpiecznej, zamieniamy paliwa kopalne na OZE. Oczekujemy również, że ten udany eksperyment utoruje drogę dla obfitej, niemal nieograniczonej, czystej energii w przyszłości.

Zrobiliśmy pierwsze niepewne kroki w kierunku czystego źródła energii, które może zrewolucjonizować świat.

dr Jill Hruby, podsekretarz energii ds. energii jądrowej

Kiedy fuzja jądrowa zapewni energię dla domów?

Niestety, nie nastąpi to szybko. Dr Kim Budil, dyrektor ośrodka, w którym wykonano badanie zaznacza, że pomimo wykonania pierwszego kroku, dalsza droga do wykorzystania fuzji jądrowej w elektrowni może zająć kolejne kilkadziesiąt lat.

Przed naukowcami stoi bowiem jeszcze wiele wyzwań. Do głównych z nich, które są konieczne do osiągnięcia przed etapem komercjalizacji należą:

• zwiększenie produkcji energii (produkcja na o wiele większą skalę),
• obniżenie kosztów produkcji energii,
• transport wytworzonej energii przez sieć energetyczną.

Każdy, kto zajmuje się fuzją jądrową, szybko zauważy, że od wykazania przyrostu energii do osiągnięcia wydajności (…) jest jeszcze długa droga.

prof. Jeremy Chittenden, profesor fizyki plazmy w Imperial College w Londynie

Na razie wytworzono jedynie niewielką nadwyżkę energii, a potrzeba jej naprawdę bardzo dużo. Ponadto takie reakcje musiałyby zachodzić z większą częstotliwością, aby mogły stać się użyteczne. I wreszcie zanim fuzja jądrowa będzie mogła przejść do etapu komercjalizacji, musi stać się po prostu tańsza – bardziej opłacalna w porównaniu do innych wykorzystywanych technologii.

Eksperymenty w NIF pokazują naukowo proces zapłonu i to, jak prowadzi on do wysokich zysków energetycznych z fuzji, ale aby przekształcić to w elektrownię, musimy opracować prostsze metody osiągania tych warunków, które będą musiały być bardziej wydajne, a przede wszystkim tańsze, aby fuzja inercyjna mogła zostać zrealizowana jako źródło energii termojądrowej.

prof. Jeremy Chittenden, profesor fizyki plazmy w Imperial College w Londynie

Źródła:

What is nuclear fusion and what have scientists achieved?, theguardian.com

US scientists confirm ‘major breakthrough’ in nuclear fusion, theguardian.com

Breakthrough in nuclear fusion energy announced, bbc.com

Wycisnęli więcej energii z atomu. USA ogłosiło wielki przełom w energetyce, bankier.pl