Nedavni izvještaji znanstvenika koji proučavaju novu vrstu fuzijske tehnologije ohrabruju, ali još uvijek smo na udaljenosti od “svetog grala čiste energije”.
Tehnologija, koju su razvili Heinrich Hora i kolege sa Univerziteta u Novom Južnom Walesu, koristi moćne lasere za spajanje atoma vodonika i bora, oslobađajući čestice visoke energije koje se mogu koristiti za proizvodnju električne energije.
Međutim, kao i kod ostalih vrsta fuzijske tehnologije, izazov leži u stvaranju mašine koja može pouzdano pokrenuti reakciju i iskoristiti energiju koju proizvodi.
Šta je fuzijska energija?
Fuzija je proces koji pokreće sunce i zvijezde. To se događa kada su jezgre dva atoma toliko blizu jedna drugoj da se kombiniraju u jedan, oslobađajući pritom energiju.
Ako se reakcija može ponoviti u laboratoriju, ona može pružiti praktički neograničenu snagu osnovnog opterećenja sa gotovo nultim otiskom ugljenika.
Najjednostavnija reakcija koja se može pokrenuti u laboratoriju je fuzija dva različita izotopa vodonika: deuterija i tricija. Produkt reakcije je helij-jon i neutron koji se brzo kreće. Većina dosadašnjih studija sinteze slijedi ovu reakciju.
Fuzija deuterij-tritij najbolje djeluje na oko 100.000.000 ℃. Zatvaranje plazme naziv je koji daje materiji nalik plamenu na ovim temperaturama.
Vodeći pristup iskorištavanju sila fuzije naziva se toroidno magnetsko zadržavanje. Superprovodljive zavojnice koriste se za stvaranje oko milion puta jačeg polja od Zemljinog magnetskog polja da sadrži plazmu.
Znanstvenici su već postigli fuziju deuterij-tritij u eksperimentima u SAD-u (testni reaktor za fuziju u Tokamaku) i Velikoj Britaniji (Ujedinjeni evropski Torus). Zaista, ove će godine britanski eksperiment voditi fuzijsku kampanju deuterij-tritij.
Ovi eksperimenti iniciraju reakciju fuzije pomoću masivnog vanjskog zagrijavanja, a za održavanje reakcije potrebno je više energije nego što sama reakcija proizvodi.
Sljedeća faza velikog istraživanja spajanja uključivat će eksperiment nazvan ITER (latinski 'put') koji će se graditi na jugu Francuske. U ITER-u ograničeni helijumovi ioni proizvedeni reakcijom proizvest će jednako energije koliko i vanjski izvori. Budući da brzi neutron nosi četiri puta više energije od helijevog iona, snaga će se povećati pet puta.
Koja je razlika između upotrebe vodonika i bora?
Tehnologija, o kojoj su izvijestili Hora i njegove kolege, uključuje upotrebu lasera za stvaranje vrlo jakog ograničenog magnetskog polja i drugog lasera za zagrijavanje kuglica sa vodoničnim gorivom do tačke paljenja.
Kada se jezgra vodonika (jedan proton) stopi sa jezgrom bor-11, nastaju tri energetske jezgre helija. U usporedbi s reakcijom deuterij-tritij, prednost je što nema neutrona koji je teško sadržati.
Horovo rješenje je upotreba lasera za zagrijavanje male kuglice goriva do temperature paljenja, a drugi laser za zagrijavanje metalnih zavojnica kako bi se stvorilo magnetsko polje koje će sadržavati plazmu.
Tehnologija koristi vrlo kratke laserske impulse, u trajanju od samo nanosekunde. Potrebno magnetsko polje bilo bi izuzetno jako, oko 1000 puta jače od polja koje se koristi u eksperimentima s deuterijumom i tricijumom.
Hora i kolege tvrde da će njihov proces stvoriti 'efekt lavine' u peletu goriva, što znači da će se dogoditi puno više fuzije nego što bi se očekivalo.
Iako postoje eksperimentalni dokazi koji podupiru neznatno povećanje brzine reakcije fuzije prilagođavanjem laserskog zraka i mete, za usporedbu s reakcijama deuterij-tritij, efekt lavine morao bi povećati brzinu reakcije fuzije za više od 100 000 puta na 100 000 000 ℃.
Eksperimenti sa vodonikom i borom sigurno su dali uzbudljive fizičke rezultate, ali predviđanja Hore i njegovih kolega o petogodišnjem putu ka ostvarivanju termonuklearne energije izgledaju preuranjeno. Drugi su naučnici već pokušali lansirati lasersku fuziju. Na primjer, pokušali su postići paljenje fuzijom vodonik-deuterij koristeći 192 laserske zrake fokusirane na malu metu.
Ovi eksperimenti su postigli trećinu uslova potrebnih za jedan eksperiment. Problemi uključuju precizno pozicioniranje ciljeva, nepravilnosti laserskog zraka i nestabilnost uzrokovanu eksplozijama.
Razvoj termonuklearne energije najvjerojatnije će se provoditi kroz glavni međunarodni program koji se temelji na eksperimentu ITER. Australija ima međunarodnu saradnju sa projektom ITER na polju teorije i modeliranja, nauke o materijalima i tehnologije.
Matthew Hole, viši istraživač, Institut za matematičke nauke, Australian National University.
Ovaj članak objavio je The Conversation.
Izvori: Foto: CCFE / JET
