Fuzja jądrowa inicjowana laserem – energetyczny entuzjazm nieco przedwczesny
Słońce w butelce. Zestaw „zrób to sam”:
- Przygotuj stosowny budżet. Cztery miliardy dolarów na początek będą jak znalazł.
- Zbuduj największy na świecie laser, wielki jak Pałac Kultury.
- Zmieszaj odrobinę (mikrogramy) deuteru i trytu. To twoje paliwo.
- Umieść tak otrzymaną mieszankę w sferycznej kapsułce.
- Kapsułkę zamknij w maleńkim cylindrze ze złota.
- Oświetl wnętrze cylindra silnym impulsem ultrafioletowego światła lasera. Otrzymasz w ten sposób supergorącą plazmę.
- Patrz, jak promieniowanie rentgenowskie, powstałe na skutek odbicia światła lasera od wnętrza cylindra, rozsadza kapsułkę.
- 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.
- Ciesz się chwilą reakcji syntezy termojądrowej.
- Hel jest nieszkodliwy – nie zagrozi twojemu zdrowiu. Pomyśl tylko, jaka to ulga – zero emisji dwutlenku węgla, nieodłącznego produktu spalania paliw kopalnych.
- Chwytaj w lot neutrony, jedne z produktów zdarzenia. Energię części przetwórz do formy prądu elektrycznego. Pozostałych użyj do potrzymania reakcji.
- Powtarzaj punkt 1–11.
- 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.
Dowiedz się więcej
W pulsarze czytajcie także: „National Ignition Facility: Tam, gdzie testuje się atomówki”
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.
- Paliwo. Deuter pozyskać łatwo, pełno go w morskiej wodzie. Tryt jednak trzeba produkować w „brudnych” procesach jądrowych.
- 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.
- Rozmiary lasera, a raczej całej instalacji wzmacniającej pierwotny impuls. Przydałoby się coś mniejszego niż kontenerowiec.
- Liczba impulsów laserowych na dobę. Żeby reakcja zachodziła stale, musiałaby przekroczyć liczbę jeden (laser musi oświetlać „pelet” wiele razy na sekundę).
- 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.
- Zmiana formy energii. Przekładanie energii neutronów na cieplną a później elektryczną to potężne wyzwanie dla inżynierów.
- 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.
- 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.