Fuzja jądrowa osiągnięta! Amerykanie osiągnęli „próg zapłonu”

Dowiedz się więcej o tym, czym jest fuzja jądrowa oraz „próg zapłonu” i dlaczego to osiągnięcie jest tak przełomowe dla całej ludzkości.

To historyczny przełom: Amerykanom udało się osiągnąć „próg zapłonu” dla fuzji jądrowej. To szansa na dostęp do nowego i praktycznie niewyczerpanego źródła energii.

Fuzja jądrowa – co to jest?

Amerykański Departament Energii dziś oficjalnie przyznał, że w instalacji NIF (National Ignition Facility) w Kalifornii osiągnięto przełom i po raz pierwszy w historii osiągnięto fuzję jądrową – udało się uzyskać więcej energii, niż potrzeba jej było do zainicjowania reakcji. To właśnie do tego od wielu lat dążyli naukowcy na całym świecie. W końcu udało się to amerykańskim naukowcom – w wyniku fuzji wyprodukowali oni więcej energii niż zużyły lasery, które cały eksperyment zainicjowały. To właśnie fuzje jądrowe rozpalają gwiazdy takie jak nasze Słońce. Do fuzji nuklearnej dochodzi, gdy dwa lub więcej atomów się łączy, wyzwalając tym samym olbrzymie ilości energii. W fuzji jądrowej wodór rozgrzewa się tak, że dodatnio naładowane jądra deuteru i trytu pokonują odpychające je siły i łączą się w jądra helu. W ten sposób powstaje czysta energia – nie ma tu np. żadnych promieniotwórczych odpadów znanych z tradycyjnych elektrowni atomowych. Taka energia – w przeciwieństwie np. do tej pochodzącej z węgla czy ropy jest czysta i praktycznie nieograniczona: potrzeba do niej deuteru (powszechnego np. w wodzie morskiej) i trytu (trudniej dostępnego, ale możliwego do syntetycznego pozyskania). Energia pozyskana z deuteru zawartego w jednej szklance wody, z niewielkim dodatkiem trytu, może przez rok zasilić średniej wielkości dom.

Przez dekady naukowcy starali się zgłębić tajemnicę fuzji jądrowej, a przede wszystkim – jej ujarzmienia i podtrzymania, tak by proces odtwarzał się samoistnie - tak jak ma to miejsce w przypadku gwiazd. Jak dotąd nauczyliśmy się wyzwalać tę energię w postaci wybuchu bomby wodorowej. Jednak gdyby udało się kontrolować fuzję jądrową, to otrzymalibyśmy dostęp do czystego i w praktyce niewyczerpalnego źródła energii. To nie tylko wpłynęłoby na historię ludzkości, ale też w przyszłości pomogłoby rozwiązać problem zanieczyszczenia Ziemi. Właśnie tego rodzaju przełomu dokonali Amerykanie.

Przełom w instalacji NIF

Opisywanego dziś historycznego wyczynu dokonali naukowcy pracujący w Narodowym Laboratorium Lawrence'a Livermore’a w Livermore w Kalifornii. Udany eksperyment miał miejsce 5 grudnia. Polegał on na tym, że 192 najpotężniejsze na świecie lasery skierowano w tarczę wielkości ziarna pieprzu, wypełnioną atomami wodoru. W ten sposób udało się odtworzyć warunki panujące na Słońcu i innych gwiazdach. Na poniższym nagraniu udostępnionym przez NIF pokazano, jak przebiegał eksperyment:

W efekcie amerykańskim naukowcom udało się wytworzyć więcej energii niż „włożono” jej na początku eksperymentu: z 2,05 MJ (Megadżuli), które zużyły lasery wycelowane w tarczę uzyskano 3,15 MJ. Oznacza to, że wytworzono ponad 50% więcej energii od tej potrzebnej do zainicjowania procesu. Po raz pierwszy uzyskano w ten sposób tak duży dodatki bilans energetyczny. W dodatku też, po raz pierwszy w historii, wywołane reakcje syntezy zaczęły się same podtrzymywać – czyli przekroczono „próg zapłonu”, przez co energia dalej była wytwarzana, już bez potrzeby dostarczania energii z zewnątrz.

Pogoń za Megadżulami

Ogłoszony dzisiaj przełom to ukoronowanie olbrzymich wysiłków, trwających wiele dekad. Pierwszy fuzyjny reaktor uruchomiono w 1942 roku w Chicago – jego pierwsze uruchomienie trwało 5 minut. 15 lat później do sieci energetycznej podłączono pierwszą w USA elektrownię atomową, w Pensylwanii. Jednak nie tylko w Stanach Zjednoczonych trwały prace nad fuzją jądrową: w Wielkiej Brytanii wytworzono w ten sposób więcej energii, jednak nie udało się otrzymać tak dodatniego bilansu energii. Na początku 2022 roku brytyjskim naukowcom udało się wytworzyć 59 MJ energii (około 20 razy więcej niż w opisywanym amerykańskim eksperymencie), ale bilans energetyczny wyniósł mniej niż 1 MJ.

Kiedy fuzja jądrowa zapewni nam bezpieczną i czystą energię w domu?

Niestety, nie nastąpi to zbyt szybko, ponieważ to dopiero pierwszy krok w dalekiej podróży. Teraz naukowcy staną przed kolejnymi wyzwaniami: znaleźć sposób na wyprodukowanie znacznie większej ilości energii, na znacznie większą skalę. Trzeba też obniżyć koszty pozyskania energii przez fuzję jądrową tak, aby jej komercyjne wykorzystanie było opłacalne. Kolejnym wyzwaniem będzie też przetransportowanie tej energii przez sieć energetyczną. Rozwiązywanie wszystkich tych zagadek może potrwać lata, a nawet dekady, ale ten pierwszy, najważniejszy krok został już zrobiony.

Czytaj też:

Brudna bomba – co to jest i czy jest realnym zagrożeniem?