Największy i najpotężniejszy na świecie nadprzewodzący elektromagnes jest niemal gotowy, aby stać się pulsującym „sercem” ogromnego reaktora fuzyjnego typu tokamak. Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termojądrowy (ITER), realizowany od ponad 40 lat we współpracy ponad 30 państw, powstaje na południu Francji. Jego celem jest ostateczne wykazanie, że fuzja jądrowa może być komercyjnie opłacalnym źródłem energii. Do osiągnięcia tego konieczny jest sześciomodulowy system Centralnego Solenoidu – magnetyczny układ ważący blisko 3000 ton. Po zmontowaniu będzie on wystarczająco potężny, by unieść okręt wojenny o masie 112 000 funtów, co odpowiada około 10 potężnym ciężarówkom.
Czym jest tokamak?
Tokamak, którego nazwa wywodzi się z rosyjskiego określenia „torusowa komora z cewkami magnetycznymi”, to reaktor o kształcie pierścienia przypominającego pączek. Działa na zasadzie impulsowych ładunków magnetycznych, które jonizują zaledwie kilka gramów paliwa – izotopów wodoru: deuteru i trytu. Powstała plazma jest uwięziona w „niewidzialnej klatce” pola magnetycznego, podczas gdy zewnętrzne systemy podgrzewają ją do temperatur przewyższających 270 milionów stopni Fahrenheita, czyli goręcej niż jądro Słońca. W tym stanie dochodzi do łączenia się jąder atomowych, czyli właśnie fuzji jądrowej, wyzwalającej niespotykaną dotąd ilość ciepła, które teoretycznie mogłoby dostarczyć nieograniczoną i czystą energię.
Potencjał energetyczny ITER
Inżynierowie projektu przewidują, że tokamak wygeneruje 500 megawatów mocy cieplnej z fuzji, potrzebując na to zaledwie 50 megawatów energii podgrzewającej. Dla porównania: typowy reaktor rozszczepieniowy generuje około 1000 megawatów przy zużyciu aż 3000 megawatów energii. Oznacza to, że ITER ma umożliwić samopodtrzymującą się, palącą plazmę. Cała ta potężna energia będzie kontrolowana dzięki siłom magnetycznym Centralnego Solenoidu.
Pietro Barabaschi, dyrektor generalny ITER, obrazowo wyjaśnił:
„To jak butelka w butelce wina: oczywiście, wino może być ważniejsze niż butelka, ale potrzebujesz butelki, żeby włożyć wino do środka.”
ITER – wyzwania i perspektywy
Projekt ITER borykał się przez lata z wieloma opóźnieniami spowodowanymi problemami logistycznymi, zmieniającymi się uwarunkowaniami geopolitycznymi oraz wysokimi kosztami. Teraz, gdy ostatni moduł Centralnego Solenoidu jest gotowy, pozostało jedynie zakończyć montaż pozostałych części i przygotować obiekt do testów. Pierwsze generowanie plazmy nie nastąpi jednak wcześniej niż około 2033 roku. Mimo to Barabaschi wyraża nadzieję na możliwości tokamaka oraz na jego znaczenie dla świata.
W swoim oświadczeniu podkreślił:
„To osiągnięcie dowodzi, że gdy ludzkość staje przed egzystencjalnymi wyzwaniami, takimi jak zmiany klimatyczne czy bezpieczeństwo energetyczne, potrafimy pokonać narodowe różnice i ruszyć naprzód z rozwiązaniami. Projekt ITER jest ucieleśnieniem nadziei. Dzięki ITER pokazujemy, że możliwa jest zrównoważona przyszłość energetyczna oraz pokojowa ścieżka naprzód.”
Kilkadziesiąt lat pracy i współpracy międzynarodowej
ITER to efekt wieloletnich wysiłków 35 krajów i przykład niezwykłej współpracy naukowo-technicznej. Gdy tokamak zostanie ukończony, będzie on w stanie wytrzymać temperatury dziesięć razy wyższe niż jądro Słońca (około 150 milionów stopni Celsjusza), jednocześnie utrzymując niektóre komponenty blisko temperatury absolutnego zera (-273,15°C). W sercu tej technologicznej konstrukcji znajduje się 3000-tonowy system magnetyczny, który wytwarza „niewidzialną tarczę” potrzebną do utrzymania rozgrzanej plazmy wystarczająco długo, aby wywołać reakcję fuzji.
Ostatni moduł Centralnego Solenoidu przeszedł testy w USA i wkrótce zostanie przetransportowany do Francji, gdzie rozpoczną się prace montażowe.
Technologia, która „butelkuje Słońce”
Choć tokamak różni się od samego Słońca, działa na podobnej zasadzie. Gwiazda opiera się na ogromnej masie, co umożliwia naturalną fuzję, podczas gdy na Ziemi naukowcy muszą zastąpić brak masy ogromnym ciepłem. Przy odpowiedniej temperaturze deuter i tryt – isotopy wodoru będące paliwem ITER – pokonują odpychanie elektromagnetyczne i łączą się w reakcję fuzji. Teoretyczne obliczenia nadal dowodzą, że dzięki odpowiedniej konwersji masy można uzyskać ogromne ilości energii.
ITER dysponuje systemem 10 000 ton nadprzewodzących magnesów o łącznej energii 51 gigadżuli, które utrzymają plazmę przez wystarczająco długi czas do rozpoczęcia fuzji. Szacuje się, że stosunek energii wyjściowej do wejściowej wyniesie 10 do 1.
Perspektywy przyszłości
Choć do pierwszej plazmy jeszcze długa droga – jej uruchomienie prognozuje się na rok 2035 – to gdy ta ogromna konstrukcja zostanie w pełni ukończona, możemy powiedzieć, że ludzkość „butelkuje gwiazdę” lub przynajmniej jej przybliżenie.
Placówka ITER jest na progu udowodnienia, że fuzja jądrowa to przyszłość energetyki. Projekt pokazuje, jak współpraca międzynarodowa i zaawansowana inżynieria mogą sprostać globalnym wyzwaniom i otworzyć drogę do czystej, nieograniczonej energii dla całej planety.