Według naukowców, w pełni kontrolowana synteza jądrowa będzie w przyszłości dostarczać nam niezwykle wydajnej energii. Niedawno badacze z Lawrence Livermore National Laboratory osiągnęli duży postęp, znacznie przybliżając nas do niezwykle taniej i ekologicznej energii przyszłości.
Synteza jądrowa to dziedzina, która ostatnio odnosi ekscytujące postępy. Naukowcy potrafią już podgrzewać paliwa do temperatur niezbędnych do zajścia konkretnych reakcji. Teraz próbują osiągnąć stan, w którym energia generowana w wyniku tych reakcji wystarczy do podtrzymania całego procesu. Według naukowców, kontrolowana synteza jądrowa zapewni nam czyste i w zasadzie nieograniczone źródło energii. Wyniki eksperymentu wykonanego niedawno w Kalifornii bardzo przybliżyły nas do tego celu.
Synteza jądrowa dzięki najpotężniejszym laserom
Wewnątrz dziesięciopiętrowego budynku o wielkości trzech boisk piłkarskich – National Ignition Facility – znajduje się tablica złożona z 192 laserów. Mogą one dostarczyć łącznie 1,9 megadżuli energii ultrafioletowej do małej komory w centrum budynku. Impulsy te zachodzą w ciągu jednej miliardowej sekundy, ale koncentrują się na kapsule wielkości ziarnka pieprzu. W tym miejscu naukowcy wytwarzają ogromne temperatury i ciśnienia, które mogą zapoczątkować rewolucję energetyczną.
Podobnie jak we wszystkich eksperymentach z syntezą jądrową, chodzi o odtworzenie reakcji, które stale zachodzą w naszym Słońcu. Wewnątrz naszej gwiazdy ekstremalna temperatura i ciśnienie łączą się, aby wymusić fuzję oddzielnych atomów w hel, co w rezultacie uwalnia ogromne ilości energii. Na naszym blogu poruszaliśmy kilkukrotnie temat procesów zachodzących w najbliższej gwieździe, na przykład w tekście „Największy rozbłysk słoneczny od czterech lat”.
Istniejąca obecnie energia jądrowa opiera się na procesie zwanym rozszczepieniem, w którym ciężki pierwiastek chemiczny jest rozszczepiany w celu wytworzenia lżejszych. Synteza jądrowa to proces odwrotny. Jej sednem jest połączenie dwóch lekkich elementów, aby stworzyć cięższy. Podejście stosowane w National Ignition Facility znane jest jako inercyjna fuzja w utrzymywaniu. Kompleks został ukończony w 2009 roku i od tego czasu amerykańscy naukowcy poczynili wielkie postępy.
Zaczęło się w 2010 roku od trafienia w cel laserem o mocy jednego megadżula i zademonstrowania kontroli nad rozpraszającymi się wiązkami. Następnym krokiem było oddanie rekordowego strzału laserowego o mocy 500 bilionów watów w 2012 roku. Wielki przełom nastąpił w 2014 roku, kiedy zespół NIF zademonstrował jednorazowe „wzmocnienie paliwa”, w którym lasery były skupione na maleńkiej plastikowej kapsułce wypełnionej deuterem i trytem. Naukowcom udało się wtedy wywołać reakcję, która wydzieliła więcej energii, niż zostało w procesie wykorzystane.
Synteza jądrowa – ważny kamień milowy
Był to ważny kamień milowy w dążeniu do zapłonu, który jest celem wszystkich tych eksperymentów. Badacze próbują osiągnąć stan, w którym reakcje syntezy będą wytwarzać plazmę wystarczająco gorącą, aby wywołać efekt ucieczki. Reakcje będą zachodzić w kółko, w samopodtrzymującym się cyklu.
Naukowcy twierdzą, że zrobili obecnie ogromny krok na przód. Na początku sierpnia przeprowadzili eksperyment, w którym osiągnęli wydajność ponad 1,3 megadżuli. Miarą postępu jest to, że wyniki z tego miesięcznego eksperymentu są ośmiokrotnie lepsze od poprzedniego rekordu NIF, ustanowionego wiosną 2021 roku i 25-krotnie lepsze od eksperymentów przeprowadzonych w 2018 roku.
Praca nie została jeszcze zrecenzowana, ale początkowa analiza wskazuje na ośmiokrotną poprawę w porównaniu z ostatnią rundą eksperymentów. To znacznie nas przybliża do celu, jakim jest zapłon syntezy jądrowej. Plany na kolejne eksperymenty są już w przygotowaniu i mają się odbyć w nadchodzących miesiącach.
Na naszym blogu poruszaliśmy również temat przyszłości energetyki i nowych technologii z nią związanych. Polecamy na przykład tekst „Nie pytaj co energetyka może zrobić dla 5G, ale co 5G może zrobić dla branży energetycznej”.
Źródło: Lawrence Livermore National Laboratory, New Atlas i BBC