Sztuczne Słońce to czysta energia na tysiąclecia. Chińczycy są o krok od przełomu? Ekspert wyjaśnia

„Jest to marzenie naukowców, ale powinno być też marzeniem całej ludzkości” – mówi Bizblog.pl dr hab. Grzegorz Grabecki z Instytutu Fizyki PAN. Mowa o tak zwanym sztucznym Słońcu, czyli rewolucyjnym źródle energii, które ma być nie tylko potężniejsze niż jakiekolwiek źródło znane ludzkości, ale też niezwykle czyste.

Prace nad tym rewolucyjnym źródłem energii trwają w Chinach już od 1985 roku, ale – jak donoszą chińskie media – przełom może być blisko. Reaktor Tokamak HL-2M ma odtwarzać naturalne reakcje zachodzące na Słońcu, a kontrolowana synteza jądrowa ma zapewnić stały dopływ potężnej, ale jednocześnie czystej energii.

Nasz niedawny artykuł na podstawie chińskiego „Global Times” o sztucznym Słońcu z Państwa Środka zrobił taką furorę, że postanowiliśmy pójść za ciosem i podrążyć temat energetyki termojądrowej.

Szersze wykorzystanie energii termojądrowej zapewniłoby dość energii na przyszłe wieki i tysiąclecia. A przede wszystkim byłaby to czysta energia, bez wydzielania gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń do środowiska

– mówi Bizblog.pl dr hab. Grzegorz Grabecki z Instytutu Fizyki Polskiej Akademii Nauk.
„Sztuczne Słońce” Tokamak HL-2M (źródło: „Asia Times”)

Naukowiec podkreśla, że wielką zaletą takiej technologii byłoby stworzenie punktowego źródła wielkiej ilości energii. Tłumaczy, że olbrzymią wadą obecnych odnawialnych źródeł energii, takich jak wiatraki czy baterie słoneczne, jest ich rozproszenie po powierzchni Ziemi.

Ratunek przed katastrofą klimatyczną

Moim zdaniem ludzkość powinna poświęcić znacznie więcej środków i czasu na badania związane z energią termojądrową, gdyż to jest być może jedyna droga do utrzymania rozwoju naszej cywilizacji i zatrzymania grożącej nam katastrofy klimatycznej

– stwierdza fizyk.

Chińskie media piszą, że reaktor termojądrowy Tokamak HL-2M będzie gotowy już w przyszłym roku, ale Grzegorz. Grabecki radzi podchodzić do tych doniesień z rezerwą. Jak mówi, Chińczycy na pewno nie uzyskają energii termojądrowej w 2020 roku, a najwyżej uda im się dokończyć budowę samego urządzenia.

Naukowiec podkreśla, że obecnie wśród fizyków dominuje pogląd, że dodatni bilans reakcji może będzie osiągnięty w 2040 roku i dopiero wtedy powstaną pierwsze eksperymentalne elektrownie. Powszechne zastosowanie tej technologii to jeszcze dalsza perspektywa.

Czy da się oswoić energię słoneczną?

Celem międzynarodowego programu ITER (ang. International Thermonuclear Experimental Reactor – Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny) jest wyprodukowanie na wielką skalę energii pochodzącej z kontrolowanej fuzji termojądrowej. Rozpoczęto go w 1985 r. z inicjatywy Reagana i Gorbaczowa, a wśród 35 krajów pracujących nad międzynarodowym projektem naukowym są zarówno Chiny, Rosja, USA, jak i Polska.

Do tej pory ITER pochłonął 10 mld euro, co czyni go drugim najdroższym na świecie programem badawczym (pierwszym jest program Międzynarodowej Stacji Kosmicznej).

Kraje należące do ITER (źródło: Wikipedia)

Na czym polega reakcja termojądrowa i dlaczego tak bardzo fascynuje nie tylko naukowców? Nie obejdzie się bez małego wykładu z fizyki.

„Jak wiadomo z elementarnych podręczników fizyki, połączenie lekkich jąder atomowych (takich jak wodór, deuter, tryt, hel) prowadzi do uwolnienia znacznej ilości energii związanej z silnym wzrostem energii wiązania powstałych jąder, w przeliczeniu na 1 nukleon. Ten uzysk energii jest wyższy niż w przypadku reakcji rozszczepienia ciężkich jąder (uran lub pluton), zachodzącej w obecnie stosowanych reaktorach jądrowych” – tłumaczy Bizblog.pl dr hab. Grzegorz Grabecki.

Podkreśla, że w porównaniu z obecnymi elektrowniami atomowymi niemal nie występuje ich największa wada, która odstręcza wiele społeczeństw od ich budowy i użytkowania – skażenia i odpady radioaktywne.

Energetyka termojądrowa ma oczywiście swoje problemy, i to takie, których na razie naukowcy nie potrafią przezwyciężyć. „W przeciwieństwie do rozszczepienia energia syntezy jądrowej nie zachodzi samorzutnie” – wyjaśnia Grabecki. „Aby na przykład dwa jądra wodoru połączyły się, trzeba im nadać bardzo wysoką energię, aby pokonać ich wzajemne odpychanie kulombowskie” – dodaje.

Miliony stopni Celsjusza

Jak tego dokonać? Podgrzewając składniki reakcji do ekstremalnie wysokich temperatur rzędu milionów stopni Celsjusza. „Takie temperatury mamy we wnętrzu Słońca i zachodzą tam reakcje termojądrowe. Jest to po prostu spalanie wodoru polegające na tym, że w wyniku szeregu reakcji cztery jądra wodoru tworzą jądro helu i wydziela się przy tym energia” – wyjaśnia naukowiec. Tak właśnie rodzi się energia słoneczna, która dociera do Ziemi, umożliwiając życie na naszej planecie.

W jaki sposób naukowcy chcą odtworzyć te procesy fizyczne z wnętrza Słońca? Grzegorz Grabecki tłumaczy, że fizycy próbują wytworzyć plazmę (to mieszanina dodatnio naładowanych jąder i ujemnie naładowanych elektronów), którą można następnie podgrzewać za pomocą przepuszczania silnego prądu elektrycznego.

Jednak tak podgrzana substancja nie może stykać się z czymkolwiek, ponieważ żaden materiał nie wytrzymałby temperatury milionów stopni

– zaznacza dr hab. Grzegorz Gardecki.

To właśnie z tego powodu wykorzystuje się fakt, że rozpędzone, naładowane cząstki plazmy mogą być uwięzione w polu magnetycznym (ich tory są zakrzywiane tak, że mogą krążyć po okręgu). „I właśnie do przeprowadzenia tych wszystkich operacji służy urządzenie zwane Tokamakiem – odpowiednie zdjęcia i schematy łatwo znaleźć w sieci” – mówi nam fizyk z PAN.

Ujemny bilans energetyczny

„Dotychczas zbudowano sporo tych urządzeń, ale w żadnym nie udało się doprowadzić do sytuacji, w której ilość uzyskanej energii byłaby większa od energii włożonej” – stwierdza naukowiec.

„Aby tak się stało, trzeba osiągnąć odpowiednią wartość iloczynu temperatury, gęstości i czasu życia plazmy (czyli tak zwane kryterium Lawsona), co dotychczas nie udawało się w żadnym z reaktorów Tokamak. Jednym z poważnych problemów jest tu między innymi niestabilność plazmy” – wyjaśnia.

Energetyka termojądrowa może być przełomem na miarę wynalezienia koła, ale gdy następnym razem przeczytacie, że Chińczycy są tuż od wprowadzenia tej technologii w życie, możecie włożyć te doniesienia między bajki.