|
Sztuczne słońca... Reaktor ITER to największy po "Stacji Alfa" program naukowy w historii. Jeżeli zamiary naukowców uda się wprowadzić w życie, przestanie nam grozić widmo niedoboru paliw, a na Ziemi zapłoną niewyczerpalne "sztuczne słońca".Amerykańscy naukowcy wkrótce zadecydują, czy przystąpić do międzynarodowego projektu mającego na celu okiełznanie energii gwiazd. Reaktor ITER - eksperymentalny reaktor termonuklearny - to największy po "Stacji Alfa" program naukowy w historii. Jeżeli zamiary naukowców uda się wprowadzić w życie, przestanie nam grozić widmo niedoboru paliw, a na Ziemi zapłoną niewyczerpalne "sztuczne słońca".
Badania nad projektem prowadzą wspólnie już od dłuższego czasu Unia Europejska, Kanada, Japonia i Chiny. Dołączenie do zespołu zapowiadają Stany Zjednoczone. Wygląda na to, że w 2006 r. w końcu ruszy budowa reaktora. Zadaniem zespołu pracującego nad projektem ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) jest wykazanie technicznej i gospodarczej możliwości przeprowadzenia syntezy jąder atomowych, bez szkód ekologicznych. Reaktor ITER przypomina kształtem wielki pierścień. Zbudowany jest z 25 elektromagnesów, z których największy waży 840 t. We wnętrzu pierścienia powstanie pole magnetyczne 100 tys. razy silniejsze od ziemskiego. Taka pułapka uwięzi w sobie paliwo, którego temperatura dochodzić będzie nawet do 100 mln °C. Synteza (fuzja) jądrowa jest "ostatecznym" źródłem energii, Świętym Graalem, nad którym od dawna próbują zapanować naukowcy. Uczeni zaczerpnęli swój pomysł z gwiazd. Energia powstająca w wyniku reakcji fuzji jądrowej zasila wszystkie gwiazdy wszechświata. Na Słońcu panuje temperatu a sięgająca kilkunastu milionów °C, a ciśnienie - 100 tys. atmosfer. W takich warunkach jądra doprowadzające do powstania fuzji wprowadzane są w szybki ruch, a częstość zderzeń między nimi zostaje zwiększona gęstością plazmy. Tego typu zderzenia nazywamy reakcjami syntezy termojądrowej. Wodór przechodzi w hel, będący końcowym produktem tej reakcji. Fuzja sprawia, że Słońce świeci i grzeje.
Synteza na Ziemi
Synteza (fuzja) termojądrowa jest procesem łączenia lekkich jąder, którego produktem są cięższe jądra oraz energia. Nie jest to jednak łatwe do przeprowadzenia. Ponieważ proces ten wymaga zetknięcia się jąder, które charakteryzują się ładunkiem dodatnim, konieczne jest pokonanie sił odpychania elektrostatycznego. Siła kolizji wpadających na siebie jąder atomów musi być większa od siły odpychania zachodzącej między nimi. Dlatego procesy te odbywają się w wysokich temperaturach, w których jądra mają wystarczającą energię kinetyczną niezbędną do zbliżenia się do siebie na odległość umożliwiającą dokonanie syntezy. Pod wpływem tak wysokiej temperatury atomy tracą powłoki elektronowe zamieniając się w plazmę. Jądra atomowe zawarte w gorącej plazmie zderzają się ze sobą tworząc energię, która następnie zamieniana jest na energię elektryczną.
Skoro udało się zapanować nad mocą bomb atomowych, których technologię wykorzystano ostatecznie do produkcji energii elektrycznej, naukowcy zaczęli zastanawiać się nad ujarzmieniem energii fuzji i wybudowaniem czystszych i wydajniejszych elektrowni termojądrowych. Udało się! Naukowcy są już wstanie zapalić "sztuczne słońca". Na Ziemi synteza termojądrowa może zachodzić w specjalnie do tego celu zaprojektowanych reaktorach oraz w bombie wodorowej.
Pomysł wykorzystania jądrowych reakcji w ziemskich warunkach jako pierwsi wysunęli w 1950 r. Rosjanie - Adriej Sacharow i Igor Tamm, autorzy radzieckiej bomby wodorowej. Zaprezentowali wtedy reaktor, który nazwali "tokamakiem", co oznacza "komorę w kształcie torusa z cewką magnetyczną". Główną częścią tokamaków jest potężny transformator, rdzeń, otoczony komorą wypełnioną zjonizowanym gazem w kształcie pierścienia (najczęściej są to ogołocone z elektronów deuter lub deuter z trytem).
Stworzony przez Rosjan tokamak był urządzeniem kontrolującym plazmę, które, naładowane elektrycznie, poddawało się działaniu pola magnetycznego. Niestety, wkrótce potem okazało się, że kontrolowanie plazmy jest zbyt skomplikowanym zadaniem i Rosjanie zwątpili w możliwość praktycznego zastosowania swojego pomysłu. Idea została Sowietom "wykradziona" w 1956 r. i od tego czasu na całym świecie zaczęły powstawać tokamaki. Tu i ówdzie pojawiały się informacje o nowych odkryciach, które jednak okazywały się tylko ułudą. Zapłonęły nadzieje fizyków...
Projekt budowy międzynarodowego tokamaka podnieśli Rosjanie w 1985 r. na szczycie w Genewie. Gorzki smak porażki przeżyli jednak fizycy w 1998 r., kiedy to z projektu ITER wycofali się Amerykanie, dla których koszt 10 mld USD okazał się zbyt wysoki. Swoje uczestnictwo razem z Chińczykami zgłosili ponownie w lutym 2003 r. Jeszcze w tym roku podpisana zostanie umowa określająca zasady finansowania reaktora. Jego budowa ruszy w 2006 r., a zakończenie planowane jest dziesięć lat później. Wtedy okaże się, czy założenia były właściwe, a projekt wykonalny.
2016 r. jest bardzo istotną datą dla globalnej strategii energetycznej. Do tego czasu najprawdopodobniej zamkniętych zostanie większość elektrowni atomowych, co wprawdzie zadowoli obrońców środowiska, ale nie wyeliminuje całego problemu. Kontynuowanie spalania węglowodorów pogłębi efekt cieplarniany, podczas gdy podaż źródeł odnawialnych może nie wypełnić powstałej luki.
Wszystkie podejmowane do tej pory w tokamakach próby trwały krótko. Obecne wysiłki fizyków związanych z projektem ITER koncentrują się wokół utrzymania i kontrolowania fuzji jądrowej przez dłuższy czas. Wyzwolenie fuzji wymaga urządzenia zdolnego do wytworzenia temperatury rzędu 100 mln °C i kontrolowania warunków, w których uwięzione w środku paliwo wyzwala energię wyższą od panującej we wnętrzu Ziemi.
Problemy fizyczne są główną przyczyną opóźnień w budowie reaktora. Wciąż jeszcze niewiele wiadomo o plazmie w tokamakach. W jaki sposób podgrzać plazmę do temperatury, w której zachodzą reakcje termojądrowe? Jak można je utrzymać i kontrolować? Te pytania najbardziej nurtują naukowców. Pozostają jeszcze aspekty techniczne - ITER będzie bardzo skomplikowanym urządzeniem, którego budowa wymaga precyzji rzędu ułamków milimetrów. Wątpliwości narastają wokół opłacalności projektu i konkurencyjności wyprodukowanej energii. Niewiadoma pozostaje kwestia bezpiecznego składowania zużytych reaktorów termojądrowych. Jeżeli wysiłki naukowców przyniosą spodziewane rezultaty, posiądziemy nieograniczone źródło czystej energii. Paliwa niezbędne do przeprowadzenia syntezy jądrowej na Ziemi - deuter i tryt - są ogólnie dostępne i praktycznie niewyczerpalne. Z jednego kilograma takiego paliwa można uzyskać tyle samo energii, co ze spalania mniej więcej 10 tys. t kopalin. Naukowcy szacują, że wody oceaniczne zawierają wystarczającą ilość paliwa do zaspokojenia potrzeb ludzkości na najbliższe 30 mln lat!
Fala optymizmu jest rezultatem nowych rozwiązań. Kilkanaście miesięcy temu fizycy zademonstrowali finalny projekt reaktora ITER, będący ostatecznym krokiem na drodze pełnej komercjalizacji tokamaków. Wiadomo już, z czego wykonać ściany wewnętrzne reaktora, aby wytrzymały potężną temperaturę. Obecny projekt jest mniejszy i tańszy o połowę od prototypu. Ograniczona została objętość plazmy znajdującej się w pierścieniu - z 2000 m3 do 837 m3. Początkowy koszt reaktora zdołano obniżyć do 4,5 mld USD, co ostatecznie przekonało polityków. Najważniejszym przełomem jest jednak to, że według projektu, ITER będzie dawać 10 razy więcej energii niż sam zużyje. Takiego wyniku nie udało się do tej pory osiągnąć w żadnym innym tokamaku.
Wciąż nierozstrzygnięta pozostaje kwestia lokalizacji ITER-a. Miejsce pod budowę chce udostępnić Hiszpania. Podobnie Japończycy, którzy przeznaczają na ten cel najwięcej pieniędzy. Każdy z uczestników ma nadzieję na przeforsowanie opcji swojego kraju. Wygląda na to, że wieloletnie marzenie naukowców o ujarzmieniu energii gwiazd jest bliskie spełnienia. Naukowcy już teraz w pewnym stopniu potrafią wykorzystać energię fuzji jądrowej w ziemskich warunkach. Upłynie jednak wiele lat, zanim ludzkość w pełni skorzysta z dobrodziejstw idealnej energii, którą zasilane będą kiedyś nasze miasta, domy i fabryki. Co znamienne, wyprodukowana w reaktorze energia będzie zupełnie nieszkodliwa dla środowiska. Pozostawi po sobie tylko hel.
Promocje:
|
|
