Fuzja termojądrowa i możliwy przełom technologiczny. Prawie nieograniczona energia w zasięgu ręki?

Naukowcy z Uniwersytetu Princeton dokonali znacznego postępu w zakresie kontroli procesu reakcji termojądrowej. Wykorzystanie ciekłego litu do pokrycia powierzchni komory reaktora ma pozwolić na uzyskanie narzędzia moderującego proces – i tym samym sprawienie, iż fuzja nie zacznie się samonapędzać. Potencjalnie otwiera drogę do wykorzystania fuzji jako źródła zasilania

Fuzja termojądrowa, jak wiadomo, jest źródłem oszałamiających ilości energii. Dotąd proces ten uważano jednak za zbyt niestabilny, by mógł być wykorzystany w cywilnej energetyce.

Niemożność jego kontrolowania sprawiała, iż w tej chwili zjawisko to znajduje zastosowanie przede wszystkim w arsenale nuklearnym – i to tym należącym do zaledwie kilku państw na świecie (nawet nie wszystkich z grona dysponujących bronią jądrową). Być może jednak to się niedługo zmieni.

Jak kontrolować proces?

Głównym wyzwaniem stojącym przed efektywnym wykorzystaniem procesu fuzji cząsteczkowej jest prawidłowość stanowiąca, iż im bardziej owa fuzja jest efektywna, tym trudniejsza do kontrolowania się okazuje. Innymi słowy, im więcej paliwa (w tym przypadku – izotopów wodoru, deuteru i trytu), tym bardziej gwałtowna reakcja i tym bardziej niestabilna plazma jest jej efektem.

Badacze z Laboratorium Fizyki Plazmowej Uniwersytetu Princeton (Princeton Plasma Physics Laboratory – PPPL) w toku prowadzonych przez siebie eksperymentów doszli do wniosku, iż efektywnym remedium na ten dylemat jest wykorzystanie ciekłego litu. Zastosowano go do pokrycia wewnętrznych powierzchni przestrzeni reaktora, w którym zachodzą reakcje termojądrowe.

Ogniwa reakcji łańcuchowej

Rzecz w tym, iż plazma w reaktorze utrzymywana jest przez urządzenia zwane tokamakami w polu magnetycznym. Atomy wodoru, które są z niej uwalniane, oddziałują z powłoką z płynnego litu. Materiał ten jest wysoce reaktywny w stosunku do wodoru i „utrzymuje” je przy sobie, powstrzymując „obijanie się” atomów tegoż z powrotem w stronę plazmy – i samonapędzaniu w ten sposób dalszych reakcji.

Brak odskoków atomów wodoru zapobiega także relatywnemu chłodzeniu zewnętrznych warstw obłoku plazmy. Eliminuje to czynnik wywołujący różnic termicznych w jego obrębie, które z kolei stanowią element wpływający na jej niestabilność.

Obserwacja efektów obecności powłoki litowej umożliwiła naukowcom ustalenie granicznych wartości gęstości zewnętrznych frakcji plazmy. To z kolei pozwala na określenie pożądanej podaży paliwa oraz rozkładu czasowego tejże, tak, aby uniknąć niekontrolowanych reakcji ze strony plazmy.

Fuzja pod kopułą

Efekty pracy uczonych z Princeton muszą teraz oczywiście doczekać się komercjalizacji – co prawdopodobnie nie będzie szybkim procesem. Zwłaszcza, iż samą technologię w typowy sposób czeka jeszcze sporo wysiłku nad dopracowaniem. A zwłaszcza – zapewnieniem niezawodności, której braku konsekwencje mogłyby być wybuchowe.

Jednak jeżeli by się to udało, oznaczałoby to, iż bariera technologiczna, która od kilku dekad powstrzymuje wykorzystanie w energetyce jednego z najbardziej efektywnych energetycznie procesów fizycznych, powoli przestaje istnieć. Zaś fuzja jako proces wielkimi krokami zmierza pod kopuły elektrowni.

Pełny opis badań zespołu z Laboratorium Fizyki Plazmowej Uniwersytetu Princeton opublikowany został w piśmie „Nuclear Fusion” i dostępny jest tutaj.