Znajdź zawartość

Przed dwoma dniami odbyła się oficjalna uroczystość, podczas której zainaugurowano montaż reaktora termojądrowego, tokamaka ITER. Dziesięć lat po rozpoczęciu budowy projekt ITER wszedł w decydującą fazę. W miesiącach poprzedzających niedawną uroczystość do Francji dostarczono główne elementy tokamaka, w tym cewki toroidalne – jedna Europy i dwie z Japonii. Kilka dni przed uroczystością z Korei dotarła pierwsza część komory próżniowej. Rozpoczynamy montaż ITER. To historyczny moment. Mija sto lat od chwili, gdy naukowcy zrozumieli, że Słońce i gwiazdy są zasilane przez fuzję jądrową, i sześć dekad od czasu, gdy w Związku Radzieckim zbudowano pierwszy tokamak. [...] Musimy jak najszybciej zastąpić paliwa kopalne [...] Posuwamy się do przodu tak szybko, jak to możliwe, mówił dyrektor generalny ITER, Bernard Bigot. ITER ma być urządzeniem badawczym. Największym dotychczas zbudowanym tokamakiem i pierwszym, w którym uzyskany zostanie dodatni bilans energetyczny. Naukowcy od kilkudziesięciu lat pracują nad fuzją termojądrową, ale dopiero niedawno udało się uzyskać z takiej reakcji więcej energii niż w nią włożono. Dokonali tego w 2013 roku specjaliści z amerykańskiego National Ignition Facility. Z fuzją termojądrową wiązane są olbrzymie nadzieje na uzyskanie źródła naprawdę czystej bezpiecznej energii. Różnica pomiędzy reaktorem fuzyjnym, a standardowym reaktorem atomowym polega na tym, że w reaktorze atomowym energię uzyskuje się z rozpadu ciężkich izotopów radioaktywnych. Zaś w elektrowni termojądrowej ma ona powstawać w wyniku łączenia się lekkich izotopów wodoru. Proces ten, podobny do procesów zachodzących w gwiazdach, niesie ze sobą dwie olbrzymie korzyści. Po pierwsze w reaktorze termojądrowym nie może zajść niekontrolowana reakcja łańcuchowa, podobna do tej, jaka zaszła w Czarnobylu. Po drugie, nie powstają tam odpady radioaktywne, które trzeba by przez tysiące lat przechowywać w specjalnych bezpiecznych warunkach. Fuzja jądrowa ma olbrzymi potencjał. Z 1 grama wodoru i trytu można teoretycznie uzyskać tyle energii, co ze spalenia 80 000 ton ropy naftowej. Deuter i tryt są łatwo dostępnymi, powszechnie występującymi na Ziemi pierwiastkami. ITAR zaś posłuży to badań i stworzenia technologii, które pozwolą na zbudowanie komercyjnych elektrowni fuzyjnych. Obecnie przewiduje się, że pierwszy zapłon ITER nastąpi w 2025 roku, a 10 lat później rozpoczną się regularne prace z kontrolowaną syntezą termojądrową. Obecnie przewiduje się, że pierwsze komercyjne elektrownie termojądrowe powstaną w latach 50. obecnego wieku. Uczestnikami projektu ITER są Unia Europejska, Chiny, Indie, Japonia, Korea Południowa, Rosja i Stany Zjednoczone. UE pokrywa 45,4% kosztów projektu, a pozostałe koszty są po równo (po 9,1%) podzielone pomiędzy resztę członków. « powrót do artykułu

Po dziesięciu latach prac projektowych i produkcyjnych firma General Atomics jest gotowa do dostarczenia pierwszego modułu Central Solenoid, jednego z najpotężniejszych magnesów na świecie. Będzie on centralnym elementem ITER. Ten reaktor fuzyjny, który ma produkować energię metodą fuzji jądrowej – tak jak powstaje ona w Słońcu – jest budowany we Francji przez 35 krajów. Central Solenoid, największy z magnesów ITER to główny wkład USA w instalację. Potężny magnes będzie składał się z sześciu modułów. Jego wysokość sięgnie 18, a szerokość 4,25 metrów. Będzie ważył 1000 ton. Jego zadaniem będzie indukowanie pola magnetycznego, które pomoże kontrolować plazmę ITER. Central Solenoid będzie naprawdę potężny. Generowane przezeń pole magnetyczne o mocy 13 tesli będzie 280 000 razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi. Byłoby ono w stanie unieść lotniskowiec na wysokość 2 metrów. Struktury podtrzymujące to wielkie urządzenie będą musiały wytrzymać siły dwukrotnie przekraczające ciąg promu kosmicznego. General Atomics zakończył w bieżącym roku testy pierwszego modułu Central Solenoid. W ciągu najbliższych dni zostanie on załadowany na specjalną ciężarówkę, przewieziony do Houston, skąd popłynie do Francji. To jeden z największych, najbardziej złożonych i najbardziej wymagających projektów związanych z magnesami, jaki kiedykolwiek został podjęty. To najważniejsze przedsięwzięcie naszych karier, stwierdził John Smith, dyrektor GA ds. inżynieryjnych i projektowych. Nad projektem i produkcją magnesów czuwają specjaliści z Oak Ridge National Laboratory, w którym siedzibę ma US ITER. Pozostałych pięć dodatkowych modułów Central Solenoid, plus jeden zapasowy, są na różnym etapie tworzenia. Moduł 2. ma trafić do Francji już w sierpniu. ITER to największy z prowadzonych projektów prac nad uzyskaniem energii fuzyjnej. Bierze w nim udział 35 krajów. Zgodnie z umową z 2006 roku każdy członek ITER w równej mierze skorzysta z technologii opracowanych przy projekcie. Różne kraje finansują go jednak w różnym stopniu. Stany Zjednoczone finansują około 9% kosztów budowy. ITER to najbardziej złożony projekt współpracy naukowej w historii, mówi dyrektor ITER Organization, doktor Bernard Bigot. Od 10 lat na trzech kontynentach tworzone są komponenty, których nigdy wcześniej nie budowano. Bez globalnej współpracy ITER nie mógłby powstać. Jednak dzięki niej, każdy z zespołów korzysta z doświadczeń innych. Na wspólnym projekcie korzystają również poszczególne kraje. Wiele z nich prowadzi też własne badania nad fuzją jądrową. Pracując nad ITER rozwijają własny przemysł, naukę, zapewniają miejsca pracy wysoko wykwalifikowanej kadrze. « powrót do artykułu

W brytyjskim tokamaku Joint European Torus (JET) wkrótce rozpoczną się testy mieszanki paliwowej, która w przyszłości może zasilać ITER – największy na świecie eksperymentalny reaktor fuzyjny. Fuzja jądrowa to proces, który zachodzi w Słońcu. Jej opanowanie może zapewnić ludzkości niemal niewyczerpane źródło czystej energii. JET jest 10-krotnie mniejszy od ITER. W grudniu rozpoczęto tam eksperymenty z trytem. Tym samym po raz pierwszy od 1997 roku ludzkość prowadzi reakcje fuzji jądrowej ze znaczącymi ilościami tego pierwiastka. W czerwcu bieżącego roku rozpoczną się testy, podczas których w reakcji będą brały udział równe ilości trytu i deuteru. Dokładnie tak samo ma działać ITER, którego zadaniem będzie doprowadzenie do sytuacji, w której z fuzji jądrowej uzyskamy więcej energii niż w nią włożyliśmy. Dotychczas ludzkości nie udało się uzyskać energetycznego zysku netto z fuzji. W końcu, po latach przygotowań, udało nam się dojść do punktu, w którym możemy rozpocząć testy. Jesteśmy gotowi, mówi Joelle Mailloux, która kieruje programem naukowym w JET. Eksperymenty w JET pomogą naukowcom przewidzieć, w jaki sposób będzie zachowywała się plazma w ITER i odpowiednio dobrać parametry pracy wielkiego tokamaka. To najbliższa symulacja warunków w ITER, jaką w tej chwili możemy wykonać, wyjaśnia Tim Luce, główny naukowiec eksperymentu ITER. Testy, do których przygotowuje się JET, to kulminacja 2 dekad badań. ITER ma ruszyć w 2025 roku. Wówczas będą w nim przeprowadzane niskoenergetyczne reakcje z udziałem wodoru. Jednak od roku 2035 ma używać wyłącznie trytu i deuteru w proporcjach 1:1. Zarówno ITER jak i JET wykorzystują bardzo silne pole magnetyczne do utrzymania i ściśnięcia plazmy. Temperatura w JET może osiągnąć 100 milionów stopni Celsjusza. To wielokrotnie więcej niż w jądrze Słońca. Ostatnie eksperymenty, jakie prowadziła ludzkość z fuzją trytu były przeprowadzone właśnie w JET. Celem było ustanowienie rekordowego stosunku energii uzyskanej do energii włożonej. JET ustanowił wówczas do dzisiaj obowiązujący rekord Q=0,67. Celem tegorocznego eksperymentu jest uzyskanie podobnego wyniku i utrzymanie reakcji przez co najmniej 5 sekund. W ten sposób naukowcy chcą zdobyć dane dotyczące zachowania się plazmy przez dłuższy czas. Praca z trytem stawia przed specjalistami nowe wyzwania. Specjaliści z JET przez ostatnie 2 lata dostosowywali swoje urządzenia i przygotowywali je do pracy z tym radioaktywnym pierwiastkiem. Tryt ma bardzo krótki czas półrozpadu, w naturze występuje w ilościach śladowych, a powstaje jako półprodukt pracy elektrowni jądrowych. Całą światowa produkcja trytu to zaledwie 20 kilogramów. Po uruchomieniu eksperymentów z trytem, wnętrze JET stanie się radioaktywne i ludzie nie będą mieli do niego wstępu przez 18 miesięcy. Musieliśmy zmienić nasze procedury. Wszystko musi zadziałać za pierwszym razem. Nie będziemy mogli tam wejść i czegoś poprawić, wyjaśnia  Ian Chapman. Podczas badań JET wykorzysta mniej niż 60 gramów trytu, który będzie poddawany recyklingowi. Paliwo zawierające ułamek grama trytu będzie wstrzykiwane do tokamaka 3 do 14 razy na dobę. Każde takie wstrzyknięcie będzie stanowiło osobny eksperyment o nieco innych parametrach i z każdego naukowcy uzyskają od 3 do 10 sekund użytecznych danych. W ten sposób chcemy zweryfikować naszą obecną wiedzę i wykorzystać ją do dalszych prac, mówi Mailloux. Podczas części eksperymentów będzie używany tylko tryt, a podczas innych tryt i deuter w równych proporcjach. Dzięki obu rodzajom badań naukowcy chcą zrozumieć, jak na zachowanie się plazmy wpłynie większa masa trytu. Pierwiastek ten ma w jądrze dwa neutrony, tymczasem deuter ma jeden, a wodór – żadnego. Badania takie pozwolą przewidzieć, co w przyszłości będzie się działo w ITER. Masa izotopów wpływa bowiem na pole magnetyczne czy temperaturę plazmy. "Musimy zbadać co się tam dzieje i dlaczego się dzieje", wyjaśnia Anna White, fizyk plazmy z MIT. Inną ważną różnicą w porównaniu z ostatnimi eksperymentami z trytem z roku 1997 jest fakt, że obecnie wnętrze JET zostało wyłożone takimi materiałami osłonowymi, co wnętrze ITER. Jako, że materiały te mogą oddawać energię do plazmy i ją chłodzić, niezwykle istotnym jest zrozumienie, w jaki sposób wpływają one na fuzję. Nie należy też zapominać o jeszcze jednym bardzo ważnym czynniku. Ludziach. Ostatnie eksperymenty z trytem były prowadzone przed 24 laty. Nowe pokolenie fizyków zupełnie nie ma doświadczenia z tym pierwiastkiem. Teraz będą mieli okazję uczyć się od bardziej doświadczonych kolegów. « powrót do artykułu

W National Ignition Facility dokonano przełomowego kroku na drodze ku uzyskiwaniu energii z fuzji jądrowej. Po raz pierwszy w historii w tego typu systemie udało się uzyskać porównywalną ilość energii jak ta, która została zaabsorbowana przez paliwo podczas inicjowania reakcji. Jednak do uzyskania większej ilości energii niż włożono do całego systemu jeszcze daleka droga. Ostatni eksperyment wykazał też, że naukowcom z Lawrence Livermore National Laboratory udało się zwiększyć wydajność systemu o cały rząd wielkości. Przełom dokonał się, gdy cząsteczki alfa, jądra helu powstałe w wyniku fuzji deuteru i trytu, oddały swoją energię do paliwa, zamiast, jak zwykle, wydostać się z niego. Ta dodatkowa energia przyspieszyła fuzję, prowadząc do jeszcze większej produkcji cząsteczek alfa. Taki samonapędzający się mechanizm to początek fuzji jądrowej. Najnowszy eksperyment został bardzo szczegółowo zaprojektowany tak, by nie doszło do pęknięcia plastikowych osłon, w których znajduje się paliwo. Prawdopodobnie to właśnie degradacja osłoń spowodowała, że poprzednie eksperymenty były nieudane. Osiągnięcie celu było możliwe dzięki zmodyfikowaniu impulsu laserowego, za pomocą którego paliwo jest kompresowane. W National Ignition Facility używa się 192 laserów, które kompresują miniaturowe pigułki z paliwem deuterowo-trytowym do tego stopnia, iż w wyniku fuzji jądrowej dochodzi do uwolnienia dodatkowej energii. Kapsułki mają średnice mniejszą niż połowa średnicy ludzkiego włosa. Wewnątrz znajdują się tryt i deuter, które przez mniej niż miliardową część sekundy zostają poddane olbrzymiemu ciśnieniu i temperaturze. Obecnie naukowcy starają się wykorzystać dwie różne koncepcje rozpoczęcia fuzji jądrowej. Jedna, z której korzysta National Ignition Facility, zakłada użycie laserów do skompresowania paliwa i utrzymania go na miejscu za pomocą inercyjnego uwięzienia. Z kolei w Europie próbuje się innego podejścia. W Joint European Torus w Wielkiej Brytanii oraz w reaktorze ITER we Francji próbuje się utrzymać plazmę na miejscu za pomocą uwięzienia magnetycznego. Celem wszystkich tych prac jest rozpoczęcie fuzji jądrowej i uzyskanie z niej energii. Po dziesiątkach latach badań i niezwykle powolnego rozwoju techniki fuzji jądrowej w końcu udało się uzyskać nadmiarową energię. Przełom dokonany w otwartym w 2009 NIF powinien bardziej przychylnie nastawić doń krytyków tego eksperymentu. Warto przypomnieć, że NIF bił rekordy impulsu i uzyskanej mocy laserowej. Duże koszty związane z utrzymaniem NIF skłoniły jednak Kongres USA do podjęcia decyzji, iż ośrodek ma w większym niż wcześniej stopniu zajmować się badaniami nad bronią jądrową. To jednak, jak widzimy, nie przeszkodziło w osiągnięciu sukcesu na pierwotnym polu zainteresowań NIF. « powrót do artykułu