Nieograniczona energia. Duże postępy w pracach nad fuzją jądrową

Od dziesięcioleci fizycy zajmujący się fuzją jądrową powtarzają nieco ponury żart: “fuzja jest energią przyszłości… i zawsze nią będzie”. Pesymizm wynika z tego, że mimo dziesięcioleci kosztownych badań do tej pory nie udało się stworzyć reaktora, który produkowałby więcej energii, niż pochłania jego działanie.

Potencjał fuzji jądrowej jest jednak ogromny. Potencjalnie pozwala ona na wytworzenie niewyobrażalnych ilości energii za pomocą taniego, czystego paliwa - atomów wodoru i helu, które pod wpływem ogromnych ciśnień i temperatur łączą się. Dokładnie ten proces odpowiada za produkcję energii na Słońcu. Reakcja jest bezpieczna, bo w razie problemów sama się zatrzymuje, nie produkuje też żadnych niebezpiecznych odpadów.

To jednak nie Słońce jest dziś najgorętszym miejscem w Układzie Słonecznym. Może nim być wioska Culham w brytyjskim hrabstwie Oxfordshire, gdzie mieści się siedziba Joint European Torus (JET) - eksperymentalnego reaktora syntezy jądrowej, w którym naukowcom udało się wytworzyć plazmę o temperaturze 150 mln stopni Celsjusza.

JET jest jednym z eksperymentów, które rodzą nadzieję na to, że wkrótce uda się dokonać w fuzji przełomu. A kilkadziesiąt firm opracowujących zupełnie nowe modele fuzyjnych reaktorów zdołało przekonać inwestorów, że opłacalna fuzja jest tuż-tuż. Fusion Industry Association (FIA), stowarzyszenie reprezentujące 30 zajmujących się tym problemem firm ustaliło, że jego członkowie zdobyli tylko w zeszłym roku 3 mld dolarów od prywatnych inwestorów oraz kolejnych 117 mln od rządów.

Jednocześnie trwają wielkie, międzynarodowe projekty mające przybliżyć erę fuzyjnych elektrowni. Największy z nich, wart 22 mld dol. budowany we Francji ITER ma do 2035 r. wyprodukować 10 razy więcej energii, niż potrzebuje do pracy. Ale jego twórcy są przekonani, że pierwsza fuzyjna elektrownia pojawi się dopiero w latach 60. Prywatne firmy chcą zrobić to o wiele szybciej, może jeszcze w przyszłej dekadzie.

Jedną ze zdobywających największy rozgłos firm jest Commonwealth Fusion Systems (CFS) z siedzibą w Massachusetts, która niedawno pozyskała 1,8 miliarda dolarów po tym, jak zademonstrowała magnesy wykonane z nowatorskiego nadprzewodnika wysokotemperaturowego, który ma dwa razy większą moc niż w najlepszych dzisiejszych tokamakach. Magnesy są kluczowym elementem reaktora fuzyjnego, bo to one kontrolują znajdującą się w reaktorze rozgrzaną plazmę.

CFS twierdzi, że uruchomi pierwszy reaktor, który wyprodukuje więcej energii, niż zużyje już w 2025 r., a w 2030 r. będzie dysponować reaktorem zdolnym do nieprzerwanej pracy. Brytyjski Tokamak Energy i chiński ENN zapowiadają, że ich komercyjne reaktory trafią na rynek w latach 30. Firmy stawiają na mniejsze reaktory, niż rządowe projekty - mają one być tańsze, a inżynierowie będą w stanie tworzyć ich nowe, udoskonalone wersje o wiele szybciej.

Inne firmy stosują radykalnie nowe rozwiązania, które mają ominąć problemy które dotąd powstrzymywały rozwój reaktorów termojądrowych. „Celowo wybraliśmy nasze rozwiązania, aby poradzić sobie z dotychczasowymi wyzwaniami inżynieryjnymi”, mówi magazynowi “New Scientist” Nick Hawker, dyrektor generalny firmy First Light Fusion (FLF) z siedzibą w Oksfordzie, której nowatorskie podejście do syntezy inercyjnej naśladuje kłapiący szpon krewetki pistoletowej.

Zwierzęta te ogłuszają swoją ofiarę, szybko zamykając gigantyczne szpony, tworząc skoncentrowaną falę uderzeniową w wodzie, której temperatura na chwilę wzrasta do ekstremalnych poziomów. FLF stara się naśladować ten proces - zamiast skupiać wiele laserów na kapsule z paliwem, jak robią to konwencjonalne reaktory, wystrzeliwuje pocisk z dużą prędkością, a następnie koncentruje energię na kapsule. W założeniach proces taki ma być prostszy, tańszy i łatwiejszy do powielenia.

Stworzenie miniaturowego słońca na Ziemi nie jest jednak proste, ponieważ samopodtrzymująca się fuzja zachodzi tylko przy absurdalnie wysokich temperaturach i ciśnieniach występujących w jądrach gwiazd. Nawet, jeśli w laboratorium udaje się nam zapoczątkować proces, reaktory zazwyczaj gasną szybko, najwyżej w ciągu kilku sekund. Jeśli nowa fala miniaturowych reaktorów zdoła jednak przezwyciężyć dotychczasowe problemy, strach przed rosnącymi cenami energii - i zanieczyszczeniami z paliw kopalnych - raz na zawsze zniknie.