Progres w badaniach nad wykorzystaniem laserowej syntezy termojądrowej do produkcji energii elektrycznej

fot. Lawrence Livermore National Laboratory

Amerykańskim badaczom udało się uzyskać ważne wyniki w badaniach nad fuzją termojądrową. Ten wynik to krok milowy w badaniach nad opanowaniem laserowej syntezy termojądrowej dla przyszłej produkcji energii elektrycznej – komentuje dr hab. Jerzy Wołowski.

 – Synteza, czy też fuzja termojądrowa zachodzi we wnętrzu Słońca i innych gwiazd. To najważniejszy mechanizm produkcji energii widzialnej we Wszechświecie. To co widzimy, co emitowane jest ze Słońca i gwiazd pochodzi z energii syntezy termojądrowej – mówi w rozmowie z PAP dr hab. Jerzy Wołowski, profesor w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie (IFPiLM).

Badania nad takim typem reakcji prowadzone są od lat w Narodowym Laboratorium im. Lawrence'a w Livermore (Lawrence Livermore National Laboratory - LLNL) w Kalifornii z użyciem wielkiego 192-wiązkowego lasera NIF (National Ignition Facility).

 – W kuleczce o średnicy 2 mm zamknięto i zamrożono "paliwo", czyli mieszaninę deuteru i trytu (D i T - izotopy wodoru) – opowiada Wołowski. Dodaje, że mieszaninę poddano silnemu promieniowaniu rentgenowskiemu generowanemu przez laser, doprowadzając do kompresji i podgrzania „paliwa”. W centrum kulki uzyskano wielkie gęstości i olbrzymie temperatury mieszaniny DT, która stała się plazmą. Dzięki temu można osiągnąć odpowiednie warunki do reakcji syntezy jąder deuteru, w wyniku której powstają cząstki alfa (jądra helu) i neutrony o dużej energii.

W ostatnich eksperymentach w LLNL uzyskano więcej energii z syntezy termojądrowej niż dostarczono do skomprymowania i podgrzania „paliwa” DT. Chociaż znacznie więcej energii potrzeba do zasilania lasera - bo tylko część energii impulsu laserowego jest absorbowana przez paliwo DT - to ostatni wynik uzyskany prze Amerykanów jest rekordowy w całej historii badań syntezy laserowej. W ostatnim tygodniu praca na ten temat ukazała się m.in. czasopiśmie Nature.

Wykorzystanie procesu laserowej fuzji termojądrowej w reaktorze termojądrowym mogłaby w przyszłości posłużyć do produkcji energii elektrycznej w sposób bardziej bezpieczny dla ludności i środowiska niż inne źródła energii.

 – Na razie jest jeszcze do tego daleka droga, ale w Livermore na tej drodze uzyskano znaczny postęp. To sygnał, że idziemy w dobrym kierunku – przyznaje Jerzy Wołowski.

Ekspert z IFPILM zaznacza, że eksperymenty z użyciem lasera NIF prowadzone są także dla celów wojskowych. "Broń termojądrowa od dawna nie jest testowana na ziemi, pod ziemią czy w morzu. Obecnie jest ona doskonalona w laboratorium w Livermore i w podobnym laboratorium w Bordeaux we Francji" - mówi i dodaje, że obserwowane w eksperymentach laserowych olbrzymie gęstości materii umożliwiają też prowadzenie badań w różnych innych nie-fuzyjnych dziedzinach nauki.

Niezależnie od badań syntezy laserowej intensywnie jest rozwijana inna metoda opanowania syntezy termojądrowej. Wykorzystuje się w niej toroidalne pułapki magnetyczne zwane „tokamakami” i „stellaratorami”. Służą one do utrzymania „paliwa” DT w postaci plazmy grzanej intensywnymi mikrofalami i wiązkami atomów.

Fuzja z magnetycznym utrzymaniem plazmy jest badana w wielu laboratoriach na całym świecie. We Francji jest budowany eksperymentalny reaktor termojądrowy tokamak ITER w ramach wielkiego międzynarodowego projektu.

W Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie prowadzone są we współpracy międzynarodowej prace dotyczące obu metod (zarówno laserowej jak i magnetycznej) opanowania syntezy termojądrowej dla przyszłych zastosowań energetycznych i innych aplikacji technologicznych.

Źródło: www.naukawpolsce.pap.pl