Jak uzyskać energię gwiazd na Ziemi?

Największy na świecie Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny (ITER) został zbudowany w połowie – poinformował niedawno fizyk teoretyk Bernard Bigot, dyrektor generalny projektu. Testy z plazmą wodoru rozpoczną się w grudniu 2025 roku.

O tym, że we wnętrzu gwiazd dochodzi do syntezy helu z wodoru, po raz pierwszy wspomniał w 1920 roku brytyjski fizyk Arthur Eddington. Obecnie wiadomo, że w gwizdach zachodzi kaskada reakcji prowadzących do syntezy jądrowej, podczas której wydziela się duża ilość energii. Doprowadzenie do syntezy termojądrowej na Ziemi jest od dawna marzeniem ludzkości. Problem polega na tym, że podtrzymanie tego procesu wymaga zbyt dużo energii i starannego wyboru warunków, inaczej szybko zaniknie. Najbliżej rozwiązania zagadki kontrolowanej syntezy termojądrowej byli radzieccy fizycy, które wymyślili do kontroli nad nią „toroidalną komorę z cewką magnetyczną” w skrócie tokamak. Urządzenie jest obecnie wykorzystywane na całym świecie. Za paliwo służą ciężkie izotopy wodoru —  deuter i tryt. Następnie puszcza się prąd elektryczny w pierścieniu gazu, aby oderwać od nich elektrony. Zjonizowaną, zamienioną w plazmę mieszaninę rozgrzewa się do temperatury 150 mln stopni Celsjusza, czyli dziesięć razy wyższej niż temperatura wewnątrz Słońca. W gorącej plazmie jądra deuteru i trytu tworzą jądra helu. Tej reakcji towarzyszy wyrzut szybkich neutronów. Ich energie, oddana jakiemuś chłodziwu, np. wodzie, może być wykorzystywana do wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej zarówno w elektrowniach cieplnych, jak i w elektrowniach jądrowych.

W 1985 roku Michaił Gorbaczow ogłosił społeczności międzynarodowej ideę budowy reaktora termojądrowego nowej generacji. Upłynęło sporo czasu zanim pojawił się projekt ITER, czyli International Thermonuclear Experimental Reactor. Realizuje się go w centrum badawczym Cadarache w pobliżu Marsylii, na południu Francji. W 2006 roku rozpoczęto budowę ogromnej instalacji, równej dziesięciopiętrowemu budynkowi.

W pierwszym etapie tokamak będzie wykorzystywał wodór, potem deuter, aby go przetestować. Następnie zostanie użyte paliwo deuterowo-trytowe, za pomocą którego rozpocznie się reakcja termojądrowa. Reaktor będzie przestawiony na tryb „czajnika” z 300-sekundowymi seansami, a następnie uruchomiony na stałe.

Powstałe w wyniku reakcji termojądrowej szybkie neutrony zaczną podgrzewać wodę w specjalnych modułach, którymi tokamak jest wyłożony od środka. Gorąca woda zostanie spuszczona do basenów, gdzie będzie stygnąć. Reaktor nie będzie zasilać w energię sieci, bo jest projektem eksperymentalnym.

Pod względem skali zadania i kosztów ITER można porównać do programów kosmicznych i Wielkiego Zderzacza Hadronów. Buduje go 35 krajów, w tym siedem (i Rosja) wnoszą największy wkład. Są też właścicielami, na równych prawach, wszystkich wyników badań naukowych i rozwiązań technologicznych w ramach projektu. Koszt instalacji szacowany jest na 20 mld euro, głównie w postaci dostaw sprzętu.

W ubiegłym roku Rosja przekazała pierwszy z 23-tonowych króćców do komory próżniowej, poinformował RIA Novosti Anatolij Krasilnikow, dyrektor ITER-Centra. W Stoczni Średnio-Newskiej w Petersburgu przygotowano piąty w kolei element cewki toroidalnej pola magnetycznego. W sumie potrzeba ich osiem. Do 2021 roku zostanie z nich zbudowany 300-tonowy moduł, na szczycie którego zostanie umiejscowiony tokamak. Jak powiedział Krasilnikow, w 2017 roku Rosja dostarczyła kilka partii sprzętu komutującego. Niedawno w Cadarache rozładowano ostatni samochód z urządzeniami. Króćce i sprzęt komutujący Rosja będzie dostarczać i w tym roku. Wcześniej rosyjscy specjaliści wyprodukowali i wysłali do Francji wiele elementów do ITER, m.in. nadprzewodniki do cewek.

— ITER jest bardzo skomplikowaną konstrukcją. Wszystkie jego systemy są unikalne, bo powstają po raz pierwszy – wyjaśnił Krasilnikow. Jego zdaniem nie ma pryncypialnych przeszkód, które mogłyby przeszkodzić w realizacji projektu. Z kolei problemy natury technologicznej i naukowej są możliwe do rozwiązania. Na przykład rosyjscy naukowcy zajmują się problemem spadku plazmy, czyli gwałtownego ochłodzenia paliwa i wychlapywania go na ściany reaktora, w wyniku czego może zostać on uszkodzony, a nawet roztopić się. Grozi to zatrzymaniem tokamaka na wiele miesięcy w celu naprawy. – Są oznaki, po których fizycy rozpoznają, że w plazmie szykuje się spadek. Technika przepowiadania spadków i ich zapobiegania jest obecnie opracowywana. Naukowcy z Instytutu Kurczatowa obliczają modele różnych spadków i wpływu na nie, aby je złagodzić. Zadanie sprowadza się do rozciągnięcia spadku plazmy w czasie i rozrzucenia go po powierzchni, aby zagasić – wyjaśnił Anatolij Krasilnikow. Przypuszczalnie w trybie roboczym instalacja powinna dostarczyć 500 megawatów energii. Czyli pięć razy więcej niż zużywa. Jeśli ITER okaże się skuteczny, w 2040 roku da on początek komercyjnemu reaktorowi termojądrowemu DEMO.

Entuzjaści energetyki termojądrowej podkreślają jej ekologiczną przewagę nad tradycyjną i jądrową energetyką. Tokamak nie zanieczyszcza środowiska naturalnego dwutlenkiem węgla, nie emituje promieniowania. Ponadto przy jego pomocy można utylizować zużyte paliwo jądrowe. Jednak nie zostanie źródłem taniej energii – przynajmniej dopóki ludzkość dysponuje dużymi zapasami paliw kopalnych.

Źródło: Sputnik Polska

   za: alexjones.pl

Jak uzyskać energię gwiazd na Ziemi?
Oceń artykuł
Udostępnij

Napisz co myślisz