Schemat reaktora ITER

Kolejny krok w stronę fuzji jądrowej. Pierwsza część magnesu ITER gotowa

Fuzja jądrowa jest marzeniem naukowców z całego świata. Każdą kolejną nowość w tej dziedzinie traktuje się jak potencjalny przełom. Nie inaczej jest tym razem, bo dwóm niezależnym zespołom badawczym udało się wyprodukować potężne magnesy, kluczowe do przeprowadzenia reakcji fuzji jądrowej.

Naukowcy z reaktora ITER odebrali pierwszą cześć ogromnego magnesu – tak silnego, że były on w stanie unieść lotniskowiec. Magnes po złożeniu ma 20 m wysokości i ponad 4 m średnicy – to kluczowy element reaktora ITER, w którego tworzenie jest zaangażowanych 35 krajów.

Z kolei uczeni z Massachusetts Institute of Technology (MIT) ogłosili, że przeprowadzili test najsilniejszego na świecie wysokotemperaturowego magnesu nadprzewodzącego. Może on im pozwolić pokonać ITER w wyścigu o budowę „Słońca na Ziemi”.

Kilka faktów o fuzji jądrowej

Fuzja jądrowa to źródło energii gwiazd (w tym Słońca). Zjawisko to polega na łączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe, w wyniku czego powstają nowe jądra i wolne neutrony, protony czy cząstki alfa.

W gwiazdach ciągu głównego dochodzi do syntez jąder helu – jądra wodoru muszą zbliżyć się na odległość zasięgu oddziaływania jądrowego (ok. 10-13 cm) i muszą pokonać barierę potencjału 1 MeV. Taka energia cechuje cząstki o temperaturze 1010 K – tak gorąco nie jest nawet w gwiazdach, ale możliwe są reakcje fuzji jądrowej w niższych temperaturach (co tłumaczy zjawisko tunelowe).

Magnes dostarczony do reaktora ITER

Naukowcy od dawna starają się przenieść warunki zachodzące w gwiazdach do laboratoriów. Najbardziej wydajną reakcją fuzji w takich okolicznościach jest reakcja między dwoma izotopami wodoru – deuterem (D) i trytem (T). Reakcja fuzji DT daje największy zysk energetyczny przy „najniższych” temperaturach.

Do przeprowadzenia fuzji jądrowej konieczne są niewyobrażalne wręcz ilości ciepła i ciśnienia. Jedną z metod osiągnięcia tego celu jest przekształcenie wodoru w plazmę, czyli zjonizowany gaz, zwaną czwartym stanem materii, która jest kontrolowana w tokamaku (komorze próżniowej w kształcie donuta). Odbywa się to za pomocą potężnych magnesów nadprzewodzących.

Co potrafi ITER?

ITER, czyli Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny, to jeden z największych projektów reaktora termonuklearnego na świecie. Tokamak powstaje w centrum badawczym Cadarache w pobliżu Marsylii, na południu Francji. Eksperci twierdzą, że ITER jest ukończony w 75%, a pierwszy zapłon nastąpi na początku 2026 r.

Warto wspomnieć, że choć ITER nie został zaprojektowany do produkcji energii elektrycznej, to w przypadku sukcesu posłuży jako matryca dla podobnych reaktorów. Nawet w przypadku niepowodzenia, kraj biorące udział w projekcie opanują umiejętności techniczne, które będzie można wykorzystać w innych dziedzinach, np. w projektowaniu elektrowni słonecznych.

Wszystkie kraje biorące udział w projekcie ITER ponoszą koszty w wysokości 20 mld $ i wspólnie korzystają z wyników badań naukowych. Jednym z wkładów Amerykanów w rozwój projektu jest centralny solenoid, główny magnes reaktora, który jest stopniowo składany.

Bezpieczne dostarczenie pierwszego modułu do ośrodka ITER to prawdziwy sukces, ponieważ każdy etap procesu produkcyjnego musiała zostać zaprojektowana od podstaw.

John Smith, dyrektor ds. inżynierii i projektów w General Atomics

Twórców reaktora ITER zamierzają prześcignąć naukowcy z MIT, którym udało się wytworzyć pole magnetyczne dwa razy silniejsze przy pomocy magnesu aż 40 razy mniejszego. Reaktor powstający przy współpracy MIT i Commonwealth Fusion Systems ma być gotowy na początku lat 30. obecnego wieku.

Stworzenie funkcjonalnych reaktorów termonuklearnych to wciąż najlepsze szanse na zauważalne ograniczenie emisji gazów cieplarnianych do 2050 r.