NASA idzie na skróty. Fuzja nastąpi bez użycia gigantycznych magnesów i laserów

Przedstawiciele NASA proponują wykorzystanie fuzji LCF (lattice confinement fusion) jako tańszej, mniejszej i bezpieczniejszej alternatywy dla fuzji jądrowej. Mogłaby ona znaleźć zastosowanie zarówno na Ziemi jak i poza nią.

Obecnie na całym świecie działa około 440 reaktorów jądrowych, które mogą wytworzyć około 400 gigawatów energii przy zerowej emisji dwutlenku węgla. Oczywiście takie rozwiązanie nie jest pozbawione wad, ponieważ w grę wchodzi niełatwe przechowywanie uranu, problemy z jego wydobyciem czy ryzyko zanieczyszczenia środowiska na skutek ewentualnych awarii. Poza tym trudności sprawia też składowanie produktów ubocznych rozszczepiania jąder atomowych.

Czytaj też: Fuzja jądrowa – pięć faktów, które warto znać

Nic więc dziwnego, że w świecie nauki widać tendencję do poszukiwania alternatyw. A jedną z nich wydaje się fuzja LCF, która mogłaby zapewnić zasilanie sond działających na przykład na powierzchni Marsa czy też w głębokiej przestrzeni kosmicznej. Po odpowiednim dopracowaniu tej metody i upewnieniu się, że jest bezpieczna, w grę wchodziłoby nawet tworzenie niewielkich elektrowni zasilających pojedyncze budynki na Ziemi.

W reaktorach termojądrowych wykorzystuje się zazwyczaj dwa różne izotopy wodoru, czyli deuter (jeden proton i jeden neutron) oraz tryt (jeden proton i dwa neutrony). Ich łączenie prowadzi do powstawania helu (dwa protony i dwa neutrony). Te określa się mianem cząstek alfa, a związana z ich uwalnianiem energia może być używana do podgrzewania plazmy. Ta z kolei napędza reakcje jądrowe, tak, by w ostatecznym rozrachunku otrzymać dodatni bilans energetyczny. O wydajnym reaktorze mówimy wtedy, gdy jest w stanie doprowadzić do jak największej liczby bezpośrednich zderzeń cząstek alfa z jądrami deuteru.

Metoda LCF ma sprawić, że fuzja będzie tańsza i bezpieczniejsza

Jak wyjaśniają naukowcy związani z metodą LCF, pierwiastki takie jak erb i tytan ulegają „nasycaniu” deuterem lub atomami deuteru pozbawionymi elektronów (deuteronami). W tokamaku lub stellaratorze gęstość gorącej plazmy jest ograniczona do 10-14 deuteronów na centymetr sześcienny. Metale takie jak erb mogą jednak znacząco poprawić ten rezultat, osiągając około 1023 deuteronów na centymetr sześcienny. Ważne jest przy tym to, że owe metale mogą utrzymać taką liczbę jonów w temperaturze pokojowej.

Korzystając z metalowej siatki przesłaniającej gęstą, zimną plazmę deuteronów, naukowcy mogą uruchomić proces syntezy jądrowej za pomocą akceleratora wiązki elektronów. W takich okolicznościach wiązka uderza w tarczę z tantalu i wytwarza promienie gamma, które następnie napromieniowują fiolki wielkości kciuka zawierające deuterek tytanu lub deuterek erbu. Uderzenie promienia gamma o wystarczającej energii w jeden z deuteronów znajdujących się na metalowej siatce sprawi, iż deuteron rozpadnie się na proton i neutron. Uwolniony neutron może zderzyć się z innym deuteronem, powodując jego przyśpieszenie.

Jak wykazały eksperymenty, synteza deuteronów prowadzi do powstawania jądra helu-3 i neutronu lub jądra wodoru-3 i protonu. Te mogą się natomiast łączyć z innymi deuteronami, tworząc cząstkę alfa. Możliwe jest też połączenie z jądrem helu-3 lub wodoru-3. Reakcjom tym towarzyszy uwalnianie energii, co jest pożądanym zjawiskiem. Wśród innych metod wytwarzania neutronów naukowcy wymieniają między innymi wykorzystanie kalifornium-252.

Czytaj też: Fuzja jądrowa – pięć faktów, które warto znać

Jak dodają, udało im się też wywołać reakcje jądrowe poprzez przepompowanie deuteru przez cienką ściankę rurki wykonanej ze stopu palladu i srebra oraz poprzez elektrolityczne naładowanie palladu deuterem. Jednocześnie badacze przyznają, że przed nimi jeszcze daleka droga, a kluczem do sukcesu będzie zapewnienie wydajnych, samopodtrzymujących się reakcji.