2025.01.23 AD.

Marzenia o czystej, niemal nieograniczonej energii od dawna rozpalają wyobraźnię naukowców i futurystów. Wygląda na to, że jesteśmy o krok bliżej do ich realizacji. Chiński Eksperymentalny Zaawansowany Nadprzewodzący Tokamak (EAST), ustanowił nowy, oszałamiający rekord świata, utrzymując plazmę w stanie wysokiej stabilności przez imponujące 1066 sekund. To ponad 17 minut nieprzerwanej pracy, co stanowi milowy krok w kierunku opanowania syntezy jądrowej.

Zrozumienie, dlaczego to osiągnięcie jest tak ważne, wymaga krótkiego wyjaśnienia, czym w ogóle jest synteza jądrowa. W uproszczeniu jest to proces łączenia lekkich jąder atomowych w cięższe, czemu towarzyszy wydzielanie ogromnych ilości energii.

To dokładnie ten sam proces, który zachodzi w gwiazdach, w tym w naszym Słońcu. Opanowanie go na Ziemi otworzyłoby przed nami perspektywę niemal niewyczerpanego źródła czystej energii, bez emisji gazów cieplarnianych i problemów z odpadami radioaktywnymi, charakterystycznych dla obecnych elektrowni jądrowych.

Rekord goni rekord
Chiński tokamak EAST, zlokalizowany w Hefei, od lat przesuwa granice możliwości w dziedzinie syntezy jądrowej. W 2023 r. urządzenie ustanowiło poprzedni rekord, utrzymując plazmę przez 403 sekundy. Nowy wynik, 1066 sekund, to ponad dwukrotny skok. To pokazuje, jak dynamicznie rozwija się ta technologia.

– Urządzenie musi osiągnąć stabilną pracę przy wysokiej wydajności przez tysiące sekund, aby umożliwić samowystarczalną cyrkulację plazmy, co jest niezbędne do ciągłej produkcji energii w przyszłych elektrowniach fuzji jądrowej – powiedział Song Yuntao, dyrektor Institute of Plasma Physics (ASIPP), gdzie osiągnięto rekord.

Długotrwałe utrzymanie stabilnej plazmy to kluczowy element w budowie reaktorów fuzyjnych, które będą w stanie produkować energię na skalę przemysłową. To nie jest już tylko futurystyczna wizja, ale realna perspektywa.

Oczywiście, od rekordu do działającej elektrowni syntezy jądrowej długa droga. Wciąż istnieją liczne wyzwania technologiczne, które trzeba pokonać. Niemniej jednak, osiągnięcie EAST pokazuje, że jesteśmy na właściwej ścieżce.

Ostatecznym celem stworzenia sztucznego słońca jest odtworzenie procesów syntezy jądrowej, jakie zachodzą na słońcu. Dzięki temu ludzkość uzyska nieograniczone i czyste źródło energii.

Nowy rekord w fuzji jądrowej. Jak blisko jesteśmy czystej energii? Na litrze wody morskiej przejedziesz tyle, co na 300 litrach paliwa. Coraz bliżej przełomu Polacy pomogą stworzyć sztuczne słońce. Trwa wielka rywalizacja z Chinami.

Synteza jądrowa – Święty Graal energetyki
Reakcja termojądrowa, synteza jądrowa lub fuzja jądrowa to zjawisko polegające na złączeniu się dwóch lżejszych jąder w jedno cięższe. Jednak fuzja jądrowa nie jest łatwa do osiągnięcia. Aby zmusić dwa atomy do połączenia się, trzeba je poddać ogromnemu ciśnieniu i energii, aby pokonały wzajemne odpychanie.

Do tego celu służą specjalne reaktory, zwane tokamakami, które wykorzystują silne pola magnetyczne, aby uwięzić i ogrzać plazmę – stan skrajnie rozgrzanej materii, w której atomy są zjonizowane i rozdzielone na elektrony i jądra. Plazma musi być utrzymywana w stabilnym stanie i ciągle krążyć po pierścieniu, aby utrzymać reakcję fuzji.

Tokamak to urządzenie toroidalne (w kształcie obwarzanka), służące do magnetycznego utrzymywania plazmy, w której zachodzi kontrolowana synteza jądrowa. W tokamaku silne pole magnetyczne, wytwarzane przez cewki umieszczone wokół komory, utrzymuje plazmę – zjonizowany gaz o ekstremalnie wysokiej temperaturze (miliony stopni Celsjusza) – z dala od ścianek reaktora. To kluczowe, ponieważ kontakt tak gorącej materii z jakimkolwiek materiałem spowodowałby jego natychmiastowe stopienie.

Dlaczego budowa reaktora fuzyjnego jest tak trudna?
Opanowanie syntezy jądrowej na Ziemi to ogromne wyzwanie inżynieryjne i fizyczne. Oto kilka głównych trudności:

Ekstremalne temperatury: Aby doszło do fuzji, jądra atomowe muszą pokonać siły odpychania elektrostatycznego. Wymaga to osiągnięcia temperatur rzędu dziesiątek, a nawet setek milionów stopni Celsjusza – znacznie wyższych niż w Słońcu. Utrzymanie tak gorącej plazmy w stabilnym stanie jest niezwykle trudne.

Utrzymanie stabilnej plazmy: Plazma jest niestabilna i podatna na turbulencje. Kontrolowanie jej zachowania w silnym polu magnetycznym to skomplikowany problem, z którym naukowcy zmagają się od lat. Niestabilności mogą prowadzić do nagłej utraty energii i przerwania reakcji fuzyjnej.

Wymagania dotyczące materiałów: Materiały, z których zbudowany jest reaktor, muszą wytrzymywać ekstremalne temperatury, strumienie neutronów o wysokiej energii (powstających w reakcji fuzji) oraz silne pola magnetyczne. Znalezienie materiałów spełniających te kryteria jest dużym wyzwaniem.

Uzyskanie dodatniego bilansu energetycznego: To kluczowy warunek dla opłacalności energetycznej. Osiągnięcie tzw. „zapłonu”, czyli stanu, w którym reakcja fuzyjna sama się podtrzymuje, jest celem wielu badań.

Rekord EAST to bez wątpienia ważny krok naprzód. Choć do komercyjnego wykorzystania syntezy jądrowej jeszcze trochę czasu, każde takie osiągnięcie przybliża nas do momentu, w którym będziemy mogli korzystać z czystej, bezpiecznej i niemal nieograniczonej energii. Czy to początek nowej ery w energetyce? Jedno jest pewne – przyszłość energetyki rysuje się coraz jaśniej.