Polscy fizycy pomagają w budowie reaktora termojądrowego W7-X

Od kilku lat polscy fizycy biorą udział w budowie eksperymentalnego reaktora termojądrowego Wendelstein 7-X w niemieckim Greifswaldzie. Opracowane tu technologie i materiały zostaną wykorzystane m.in. przy budowie reaktora termojądrowego ITER, pierwszego urządzenia tego typu, które będzie wytwarzało więcej energii niż potrzeba do jego działania. 28 października ośrodek odwiedził wiceminister nauki i szkolnictwa wyższego prof. Jerzy Szwed.

Minister zapoznał się przygotowaniami do przedsięwzięcia i z wkładem polskich zespołów w trwające prace.

"Jest to ogólnoeuropejski projekt o istotnym znaczeniu społecznym i naukowym" - wyjaśnia rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku (IPJ), dr Marek Pawłowski. Gdyby udało się przeprowadzić kontrolowaną syntezę termojądrową, ludzkość miałaby zapewnione bezpieczeństwo energetyczne na tysiąclecia.

"Ze względu na duży udział polskich naukowców w budowie decyzja polskiego ministra o dalszym zaangażowaniu naszych instytutów w budowę urządzenia jest wyczekiwana również przez niemieckich partnerów" - zaznacza Pawłowski.

Dodaje, że Polsce, udział w budowie reaktora W7-X gwarantuje proporcjonalny dostęp do eksperymentów, które będą w nim przeprowadzane, oraz zapewnia prawa do opracowanych tu wynalazków.

"Udział w dużych projektach międzynarodowych ma kluczowe znaczenie dla naszej nauki. Dzięki pracom przy stellaratorze W7-X utrzymamy renomowaną pozycję polskiej fizyki na arenie międzynarodowej, a firmy z kraju zdobędą doświadczenia pozwalające konkurować na rynku światowym o udział w realizacji największych międzynarodowych przedsięwzięć, takich jak: ITER czy akcelerator jonów i antyprotonów FAIR" - podkreśla prof. Grzegorz Wrochna z IPJ.

Polska w przygotowaniach do uruchomienia reaktora W7-X uczestniczy już od 2006 r. W montażu elementów urządzenia uczestniczą naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Fizycy z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku i Politechniki Wrocławskiej wykonali prace wstępne umożliwiające podjęcie decyzji o budowie injektora wiązki neutralnej (służącej do podgrzewania plazmy) - bez tego urządzenia reaktor działałby, ale osiągnąłby istotnie gorsze parametry.

Obliczenia strukturalne wykonują inżynierowie z Politechniki Warszawskiej, z kolei naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy pracują nad diagnostyką neutronową i miękkiego promieniowania X. Naukowcy z Politechniki Opolskiej opracowują diagnostykę spektroskopową, a z Uniwersytetu Szczecińskiego - diagnostykę falową.

Synteza termojądrowa jest reakcją zachodzącą powszechnie we Wszechświecie - to główne źródło energii gwiazd. Proces polega na łączeniu jąder lekkich pierwiastków, zazwyczaj izotopów wodoru, w cięższe jądra. Ponieważ mają one mniejszą masę niż suma mas składników, nadmiarowa masa zamienia się w ogromne ilości energii.

"Przeprowadzenie kontrolowanej syntezy termojądrowej jest niezwykle trudne, bo protony w jądrach mają ten sam ładunek elektryczny, który silnie odpycha je od siebie" - mówi prof. Jacek Jagielski z IPJ. Aby doszło do syntezy termojądrowej, należy przezwyciężyć siłę tego odpychania. W tym celu paliwo należy doprowadzić do stanu plazmy o niezwykle wysokiej temperaturze.

"O skali wyzwań świadczy fakt, że w poprzednim reaktorze, Wendelstein 7-AS, temperatura plazmy sięgała 79 milionów stopni. My nad tak gorącą materią musimy perfekcyjnie panować" - podkreśla prof. Jagielski. Metody diagnostyki plazmy o tak ekstremalnej temperaturze mają być opracowane właśnie w reaktorze W7-X.

Jak wyjaśnia rzecznik IPJ, obecnie syntezę termojądrową próbuje się przeprowadzać za pomocą dwóch typów urządzeń: tokamaków i stellaratorów.

Tokamak ma komorę próżniową w kształcie torusa (obważanka), otoczonego silnymi magnesami. Plazma z izotopów wodoru, zawieszona w polu magnetycznym, jest podgrzewana do ekstremalnie wysokiej temperatury i musi być stabilizowana prądem płynącym przez tę plazmę, co stwarza dużo problemów natury technicznej. Największy konstruowany obecnie tokamak to reaktor termojądrowy ITER w Cadarache we Francji. Jest to ogólnoświatowe przedsięwzięcie, którego całkowity koszt wyniesie ponad 10 mld euro.

Zaletą drugiego typu urządzeń do syntezy termojądrowej - stellaratorów jest zaś to, że plazma stabilizuje się sama, bez konieczności przepuszczania przez nią prądu. Aby uzyskać ten efekt, plazma musi być ukształtowana w sposób przypominający kilkukrotnie skręconą wstęgę M"biusa. Wiąże się to z koniecznością budowy skomplikowanej komory, otoczonej cewkami magnesów o złożonych kształtach.

Budowany za 2 mld euro stellarator W7-X w Greifswaldzie to największe urządzenie tego typu. Jego komora będzie ważyć ok. 800 ton, a otaczające ją cewki wytworzą pole magnetyczne o indukcji aż 15 Tesli (ziemskie pole magnetyczne, które obraca wskazówki kompasów, ma indukcję kilkaset tysięcy razy mniejszą). Przewiduje się, że stellarator W7-X w Greifswaldzie rozpocznie pracę w 2014 roku. EKR

PAP - Nauka w Polsce