Fuzja jądrowa inicjowana laserem – energetyczny entuzjazm nieco przedwczesny

Słońce w butelce. Zestaw „zrób to sam”:

1. Przygotuj stosowny budżet. Cztery miliardy dolarów na początek będą jak znalazł.
2. Zbuduj największy na świecie laser, wielki jak Pałac Kultury.
3. Zmieszaj odrobinę (mikrogramy) deuteru i trytu. To twoje paliwo.
4. Umieść tak otrzymaną mieszankę w sferycznej kapsułce.
5. Kapsułkę zamknij w maleńkim cylindrze ze złota.
6. Oświetl wnętrze cylindra silnym impulsem ultrafioletowego światła lasera. Otrzymasz w ten sposób supergorącą plazmę.
7. Patrz, jak promieniowanie rentgenowskie, powstałe na skutek odbicia światła lasera od wnętrza cylindra, rozsadza kapsułkę.
8. Jeśli tylko zadbałaś/zadbałeś o to, by kapsułka była idealnie sferyczna, na skutek implozji w paliwie lekkie jądra deuteru i trytu – mimo wzajemnego odpychania – zaczną się łączyć w jądra helu.
9. Ciesz się chwilą reakcji syntezy termojądrowej.
10. Hel jest nieszkodliwy – nie zagrozi twojemu zdrowiu. Pomyśl tylko, jaka to ulga – zero emisji dwutlenku węgla, nieodłącznego produktu spalania paliw kopalnych.
11. Chwytaj w lot neutrony, jedne z produktów zdarzenia. Energię części przetwórz do formy prądu elektrycznego. Pozostałych użyj do potrzymania reakcji.
12. Powtarzaj punkt 1–11.
13. Otrzymałaś/otrzymałeś reaktor termojądrowy. Niewyczerpane źródło taniej, bezpiecznej energii.

Gdyby dać się ponieść fali entuzjazmu wzbudzonej przez doniesienia płynące wczoraj i dziś z amerykańskiego ośrodka Lawrence Livermore National Laboratory, można by uwierzyć, że zbudowanie reaktora termojądrowego zdatnego do codziennego użytku jest tak proste, jak sugeruje powyższa instrukcja.

Najpierw anonimowi a później znani z nazwiska naukowcy biorący udział w projekcie National Ignition Facility (NIF) donieśli, że pierwszy raz w historii badań nad reakcją syntezy inicjowaną impulsem lasera, udało się otrzymać więcej energii, niż zużyto do jej wywołania (2,5 mln vs 2,1 mln dżuli). To bardzo znaczący przełom naukowy. A nawet wzruszający. Trzeba było paru pokoleń specjalistów i gigantycznych nakładów finansowych, by go osiągnąć.

W teorii otrzymaną w NIF nadwyżkę można wykorzystać do podtrzymywania syntezy termojądrowej. Ale przełożenie tego wyniku na realnie istniejące urządzenie produkujące energię elektryczną dla mas jest skomplikowane. Oto maksymalnie skrócona checklista problemów do rozwiązania.

1. Paliwo. Deuter pozyskać łatwo, pełno go w morskiej wodzie. Tryt jednak trzeba produkować w „brudnych” procesach jądrowych.
2. Moc lasera. Na razie bilans energetyczny reakcji jest pozytywny, ale tylko dlatego, że po stronie kosztów umieszcza się samą energię impulsu inicjującego syntezę. A to tylko niewielka część wszystkich kosztów działania instalacji takiej jak NIF.
3. Rozmiary lasera, a raczej całej instalacji wzmacniającej pierwotny impuls. Przydałoby się coś mniejszego niż kontenerowiec.
4. Liczba impulsów laserowych na dobę. Żeby reakcja zachodziła stale, musiałaby przekroczyć liczbę jeden (laser musi oświetlać „pelet” wiele razy na sekundę).
5. Neutrony. Osłabiają konstrukcję reaktora. Sprawiają też, że obudowa z czasem staje się promieniotwórcza. Przy jednorazowym strzale to nie kłopot. Przy ciągłej pracy reaktora – duże wyzwanie.
6. Zmiana formy energii. Przekładanie energii neutronów na cieplną a później elektryczną to potężne wyzwanie dla inżynierów.
7. Kapsułki z paliwem. Wyprodukowanie nawet jednej jest nie lada sztuką. Musi ona bowiem spełniać niebywale wyśrubowane standardy wymiarów i symetrii. Kosztuje na tyle dużo, że nie wiadomo, ile.
8. Wiele znanych i nieznanych niewiadomych charakterystycznych dla instalacji złożonych z milionów elementów poddawanych próbie wielkich ciśnień i temperatur.

National Ignition Facility nie wymyślono po to, by szukać nowych źródeł energii. W każdym razie nie przede wszystkim po to. Celem zasadniczym było zaaranżowanie laboratorium do badania kondycji ładunków nuklearnych, których od 1996 r. nie można już odpalać w naturze (traktat o całkowitym zakazie prób z bronią jądrową). A kapsułka z paliwem wodorowym, jeśli spojrzeć na nią uważnie, to nic innego jak mała bomba termojądrowa.

Jak każda tego typu finansowana przez podatnika instytucja, tak i NIF musi od czasu do czasu dowieść publicznie sensu swojego istnienia. Stany Zjednoczone natomiast muszą niekiedy zadąć w trąbę narodowej dumy i naukowej supremacji, zwłaszcza w trudnych politycznie czasach. Właśnie to robią, jak można przypuszczać.

Pomysł kontrolowanej reakcji syntezy jest wspaniały i słuszny. Można go realizować tak, jak w NIF, uzyskując warunki podobne do tych panujących na Słońcu za pomocą laserów, tak zwaną metodą inercyjną. Można też – jak się to czyni np. w Europie – utrzymując gorącą plazmę w pułapce z pola magnetycznego. O tym, jakie to trudne, i że data premiery testowego reaktora z każdym dniem oddala się o 10 kolejnych lat, pisaliśmy niedawno choćby tutaj: „Kontrolowana synteza jądrowa - tygrys wciąż dziki”. Myśli się też o reaktorach hybrydowych, łączących elementy reaktorów termojądrowych z tradycyjnymi, wykorzystującymi reakcję rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków.

Kiedyś sobie to sami zrobimy, ale nieprędko.