Ameriško ministrstvo za energijo je napovedalo prelomne raziskave na področju jedrske fuzije. Znanstvenikom je v poskusih uspelo iz fuzijske reakcije pridobiti več energije, kot je bilo porabljene za njen vžig. Raziskava, ki so jo izvedli v nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore, je pomemben korak k obvladovanju jedrske fuzije kot varnega, poceni in okolju prijaznega vira energije.
Prelomne raziskave fuzije. Iz reakcije je bilo mogoče pridobiti več energije, kot je bilo vanjo vložene.
Jedrska fuzija je proces, ki poganja zvezde, kot je naše Sonce. Obvladovanje načinov nadzora nad procesom obeta dolgoročno skoraj neomejen vir čiste električne energije z majhno porabo goriva. V procesu fuzije se atomi lahkih elementov, kot sta devterij in tritij, pri visokih temperaturah združujejo v težje elemente, kot je helij. Pri tem nastajajo velike količine energije v obliki toplote.
Jedrska fuzija
Človeštvo že stoletja sanja o izkoriščanju moči sonca. Če bi to dosegli, bi imeli vir poceni, čiste, varne in neomejene energije. Z enim kilogramom devterija, ki je naravno prisoten v morski vodi, bi lahko napajali več sto tisoč domov. Zagotovili bi si energetsko varnost za prihodnja leta. Poleg tega je postopek okolju prijazen, saj pri njem ne nastajajo škodljivi stranski proizvodi, kot so emisije ogljika ali radioaktivni odpadki.
Fuzija se lahko doseže na več načinov. Znanstveniki se trenutno osredotočajo na metodo za nadzor termonuklearne reakcije z magnetnim ujetjem plazme. Ta pristop vključuje uporabo močnega magnetnega polja, ki zadržuje gorivo za termonuklearno fuzijo, plazmo. Ta metoda zahteva visoke temperature. Za izvedbo fuzije je treba vodik segreti na temperaturo več kot 100 milijonov stopinj Celzija. Le tako se bodo lažji atomi lahko združili v težje. Energija, ki nastane pri fuzijski reakciji, naj bi ohranjala temperaturo, odvečno toploto pa je mogoče pretvoriti v električno energijo.
Takšne fuzijske reakcije so že uspešno izvedli v tokamakih in stelaratorjih v več raziskovalnih centrih po svetu. Vendar pa je težava v tem, da jih je treba ohraniti v delovanju dlje časa in doseči pozitivno energijsko bilanco, kar pomeni, da mora reaktor proizvajati več energije, kot je bo dobil.
Druga metoda je inercialno omejevanje plazme. Pri tem pristopu se za segrevanje plazemskega goriva uporablja laserski sistem. Gorivni peleti vsebujejo težji različici vodika – devterij in tritij -, ki ju je lažje združevati in proizvedeta več energije. Vendar je treba pelete goriva segrevati na visoke temperature in jih izpostaviti velikemu tlaku. Treba je doseči pogoje, podobne tistim v Soncu, ki je naravni fuzijski reaktor.
Pri fuzijski reakciji bi se v takšnih pogojih sprostili številni delci, vključno z delci alfa, ki bi v interakciji z okoliško plazmo le-to dodatno segreli. Segreta plazma nato sprosti še več delcev alfa in tako naprej. Tako nastane samozadostna reakcija, vendar je za njen začetek potreben vžig, tj. sprožitev fuzijske reakcije z laserji.
Prelomni poskusi
To je uspelo znanstvenikom iz nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore v Kaliforniji. Cilj je bilo težko doseči, saj fuzija poteka pri tako visokih temperaturah in tlakih, da jo je izjemno težko nadzorovati. Vendar je ameriškim raziskovalcem to uspelo. Poročali so, da so v svojih poskusih pri fuzijski reakciji pridobili več energije, kot so je porabili za vžig. To je velik preboj v desetletja trajajočih prizadevanjih za obvladovanje procesa, ki poganja sonce.
V Nacionalnem centru za vžig (NIF), ki je del Nacionalnega laboratorija Lawrence Livermore, se znanstveniki že leta ukvarjajo z metodo za nadzor fuzijske reakcije z inercijskim lovljenjem plazme. V nedavnih poskusih so znanstveniki uporabili velikanski laserski sistem, ki pokriva območje, enako trem nogometnim igriščem. Sistem sestavlja 192 laserjev, katerih žarki usmerjajo svojo moč v eno samo točko, kjer je majhen valj (hohlraum) z izotopi vodika, devterija in tritija. V to točko je usmerjen kratek, a izjemno intenziven laserski impulz, ki povzroči, da se gorivo segreje do dovolj visoke temperature, da jedra devterija in tritija premagajo medsebojno odbojnost in se zlijejo v jedra helija.
5. decembra so znanstveniki usmerili laserski sistem v kapsulo z gorivom, ki je sprožila samozadostno reakcijo in tako dosegla dolgo pričakovani vžig. Energija, ki jo je oddajal laser, je znašala 2,05 megadžula in je proizvedla 3,15 megadžula fuzijske energije, kar pomeni pozitivno energijsko bilanco.
– Z vžigom lahko prvič ponovimo določene pogoje, ki se pojavljajo le v zvezdah, je na novinarski konferenci v Washingtonu povedala ministrica za energijo Jennifer Granholm. Granholmova je dodala, da je ta raziskava „eden najbolj impresivnih znanstvenih dosežkov 21. stoletja”.
Proizvodnja poceni energije brez emisij iz fuzije je še daleč, vendar ta uspeh pomeni velik korak naprej. Kim Budil, direktor laboratorija Livermore, je dejal, da so na poti do komercialne uporabe fuzijske tehnologije še „zelo velike ovire”, vendar pa napredek v zadnjih letih pomeni, da se bo tehnologija verjetno začela široko uporabljati že v nekaj desetletjih in ne šele čez 50 ali 60 let, kot so pričakovali prej.
– Prizadevanje za fuzijski vžig je eden najpomembnejših znanstvenih izzivov, s katerimi se je človeštvo kdajkoli soočilo, in njegova uresničitev je zmagoslavje za znanost, tehniko in predvsem za ljudi, je dejal Budil. – „Preseganje tega praga je vizija, ki je vodila 60 let predanega prizadevanja – neprekinjen proces učenja, gradnje, širjenja znanja in zmogljivosti ter nato iskanje načinov za premagovanje novih izzivov,” je dodala.