Novi veliki preboj v jedrski fuziji. To bi lahko spremenilo svet
Prvič v zgodovini so ameriški znanstveniki v projektu National Ignition Facility v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore v Kaliforniji uspešno izvedli reakcijo jedrske fuzije, ki je povzročila neto dobiček energije, je za CNN potrdil vir, seznanjen s projektom.
Kaj je jedrska fuzija in zakaj je pomembna?
Jedrska fuzija je proces, ki ga je ustvaril človek in posnema isto energijo, ki napaja sonce. Jedrska fuzija se zgodi, ko se dva atoma (ali več) zlijeta v enega večjega. To je proces, ki ustvari ogromno toplotne energije.
Znanstveniki po vsem svetu že desetletja preučujejo jedrsko fuzijo v upanju, da jo bodo ponovno ustvarili z novim virom, ki zagotavlja neomejeno energijo brez ogljika – brez jedrskih odpadkov, ki jih ustvarjajo sedanji jedrski reaktorji. Fuzijski projekti večinoma uporabljajo elementa devterij in tritij – oba sta izotopa vodika.
Devterij iz kozarca vode z malo dodanega tritija bi lahko napajal hišo eno leto. Tritij je redkejši in ga je težje pridobiti, čeprav ga je mogoče sintetično izdelati.
»V nasprotju s premogom potrebujete le majhno količino vodika in to je najbogatejša stvar v vesolju,« je za CNN povedal Julio Friedmann, glavni znanstvenik pri Carbonu Direct in nekdanji glavni energetski tehnolog v laboratoriju Lawrence Livermore. »Vodik najdemo v vodi, zato je snov, ki ustvarja to energijo, divje neomejena in čista.«
Kako se fuzija razlikuje od jedrske fisije?
Ko ljudje pomislijo na jedrsko energijo, se lahko spomnijo hladilnih stolpov in gobastih oblakov, toda fuzija je povsem drugačna. Medtem ko fuzija spoji dva atoma ali več, je cepitev nasprotno, je proces cepitve večjega atoma na manjše. Jedrska fisija je vrsta energije, ki danes poganja jedrske reaktorje po vsem svetu. Tako kot fuzija se toplota, ki nastane pri cepljenju atomov, uporablja tudi za pridobivanje energije.
Po podatkih ministrstva za energijo je jedrska energija vir energije brez emisij, vendar proizvaja hlapne radioaktivne odpadke, ki jih je treba varno skladiščiti, saj predstavljajo varnostna tveganja. Jedrske nesreče, čeprav redke, so se skozi zgodovino dogajale z obsežnimi in s smrtonosnimi posledicami, kot sta bila primera v reaktorjih Fukušima in Černobil.
Jedrska fuzija ne predstavlja enakih varnostnih tveganj, materiali, ki se uporabljajo za njeno napajanje, pa imajo veliko krajšo razpolovno dobo kot cepitev.
Kako bi lahko energija jedrske fuzije sčasoma prižgala luči v hiši?
Obstajata dva glavna načina za ustvarjanje jedrske fuzije, vendar imata oba enak rezultat. Zlitje dveh atomov ustvari ogromno toplote, ki je ključ do proizvodnje energije. To toploto je mogoče uporabiti za segrevanje vode, ustvarjanje pare in obračanje turbin za pridobivanje energije – podobno kot jedrska cepitev ustvarja energijo.
»Velik izziv pri izkoriščanju fuzijske energije je njeno vzdrževanje. Gre za to, koliko je potrebno, da zavremo 10 kotličkov vode,« je povedal Jeremy Chittenden, sodirektor Centra za študije inercialne fuzije na Imperial Collegeu v Londonu. »Da bi to spremenili v elektrarno, moramo narediti večji dobiček v energiji, moramo je proizvesti bistveno več.«
To je prvič, da so znanstveniki uspešno proizvedli jedrsko fuzijsko reakcijo, ki je povzročila neto povečanje energije, namesto da bi se pokvarila, kot so to storili pretekli poskusi. Medtem ko je še veliko korakov, preden bo to komercialno izvedljivo, je bistveno, da znanstveniki pokažejo, da lahko ustvarijo več energije. V nasprotnem primeru nima smisla, da se razvija.
»To je zelo pomembno, ker z energetskega vidika ne more biti vir energije, če ne izvlečete več energije, kot je vložite,« je Friedmann povedal za CNN. »Predhodni preboji so bili pomembni, vendar to ni isto kot ustvarjanje energije, ki bi jo lahko nekega dne uporabili v večjem obsegu.«
Kje poteka fuzija?
Več projektov fuzije poteka v ZDA, Združenem kraljestvu in Evropi. Francija je dom mednarodnega termonuklearnega eksperimentalnega reaktorja, pri katerem sodeluje 35 držav – vključno z glavnimi članicami Kitajsko, ZDA, Evropsko unijo, Rusijo, Indijo, Japonsko in Južno Korejo.
V ZDA veliko dela poteka v Nacionalnem obratu za vžig v Nacionalnem laboratoriju Lawrence Livermore v Kaliforniji, v stavbi, ki se razteza v velikosti treh nogometnih igrišč.
Projekt National Ignition Facility ustvarja energijo iz jedrske fuzije s tako imenovano »termonuklearno inercijsko fuzijo«. V praksi ameriški znanstveniki izstrelijo kroglice, ki vsebujejo vodikovo gorivo, v niz skoraj 200 laserjev, kar v bistvu ustvari serijo izjemno hitrih, ponavljajočih se eksplozij s hitrostjo 50-krat na sekundo. Energija, zbrana iz nevtronov in delcev alfa, se pridobi kot toplota.
V Združenem kraljestvu in projektu ITER v Franciji znanstveniki delajo z ogromnimi stroji v obliki krofov, opremljenimi z ogromnimi magneti, imenovanimi tokamak, da bi poskušali ustvariti enak rezultat. Ko je gorivo vstavljeno v tokamak, se njegovi magneti vklopijo in temperature v notranjosti se eksponentno dvignejo, da nastane plazma. Plazma mora doseči vsaj 150 milijonov stopinj Celzija, kar je 10-krat bolj vroče od jedra sonca. Nevtroni nato 'pobegnejo' iz plazme, zadenejo 'odejo', ki obdaja stene tokamaka, in prenesejo svojo kinetično energijo kot toploto.
Kateri so naslednji koraki?
Znanstveniki in strokovnjaki morajo zdaj ugotoviti, kako proizvesti veliko več energije iz jedrske fuzije v veliko večjem obsegu. Hkrati morajo ugotoviti, kako sčasoma znižati stroške jedrske fuzije, da bi jo lahko uporabili v komercialne namene. »Trenutno porabimo ogromno časa in denarja za vsak eksperiment, ki ga izvajamo,« je dejal Chittenden. »Stroške moramo močno znižati.«
Znanstveniki bodo morali tudi pridobiti energijo, proizvedeno s fuzijo, in jo prenesti v električno omrežje kot elektriko. Trajala bodo leta – in morda desetletja –, preden bo fuzija lahko proizvedla neomejene količine čiste energije, znanstveniki pa se zdaj borijo proti podnebnim spremembam.
»To ne bo bistveno prispevalo k zmanjšanju podnebnih sprememb v naslednjih 20–30 letih,« je dejal Friedmann. » To je razlika med prižiganjem vžigalice in gradnjo plinske turbine.«
