Borna
Proboj u nuklearnoj fuziji ubrzava potragu za otključavanjem neograničenog izvora energije
Eksperiment daje neto pozitivnu energiju, prekretnicu u nastojanju da se razvije nuklearna fuzija kao izvor čiste energije
Ministarstvo energetike priopćilo je u utorak da su znanstvenici u saveznoj istraživačkoj ustanovi postigli napredak u istraživanju nuklearne fuzije, koja se dugo smatrala potencijalnim izvorom čiste, gotovo neograničene energije.
Kontrolirana fuzijska reakcija u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore u Livermoreu , Kalifornija, proizvela je više energije nego što je potrošila, rekli su ministrica energetike Jennifer Granholm i drugi vladini dužnosnici tijekom konferencije za novinare iz sjedišta DOE-a u Washingtonu, DC
Prekretnica, poznata kao fuzijska paljenja, prema DOE je bez presedana.
“Ovako izgleda da Amerika vodi, a mi smo tek na početku”, rekao je tajnik Granholm, dodajući da će taj napredak “ući u povijesne knjige.”
Istraživači u laboratoriju National Ignition Facility vrijednom više milijardi dolara proučavaju nuklearnu fuziju više od desetljeća, koristeći lasere za stvaranje uvjeta koji uzrokuju stapanje atoma vodika i oslobađanje goleme količine energije. Otkako je postrojenje počelo s radom 2009., cilj fuzijske reakcije koja proizvodi neto dobitak energije — što je ključni korak prema transformaciji fuzije u praktičan izvor energije — izmicao je znanstvenicima.
Proboj energije nuklearne fuzije pomoću laserskih zraka
Ministarstvo energetike SAD-a objavilo je veliki napredak u istraživanju nuklearne fuzije od strane znanstvenika iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore—kontrolirana reakcija koja je postigla paljenje, generirajući više energije nego što je potrošila. Laboratorij National Ignition Facility provodi eksperimente u fuziji pomoću lasera.
Ali eksperiment u postrojenju proveden 5. prosinca proizveo je 3,15 megajoula fuzijske energije, u usporedbi s 2,05 megajoula energije korištene za pokretanje reakcije.
Istraživači su rekli da su prošlog ponedjeljka malo nakon 1 ujutro ispalili najveći laser na svijetu u maleni cilindar koji drži dijamantnu kapsulu koja sadrži izotope vodika. Nakratko je laser isporučio energiju koja premašuje cijelu američku elektroenergetsku mrežu, u pokušaju da komprimira gorivo kapsule kako bi dosegla gustoće, temperature i tlakove koji su viši od središta sunca. U trenucima nakon pucnja istraživači nisu bili sigurni što se dogodilo.
“Pucanj odjekuje. Potrebno je samo nekoliko milijarditih djelića sekunde, pa nam je potreban izuzetan paket dijagnostike za mjerenje onoga što se dogodilo,” rekao je Alex Zylstra, glavni eksperimentator na projektu. “I kako su podaci počeli pristizati, vidjeli smo prve naznake da smo proizveli više fuzijske energije od laserskog unosa.”
Široka privlačnost nuklearne fuzije za istraživače, ulagače i tvrtke proizlazi iz njezinog potencijala kao alternative izvorima energije koji uključuju izgaranje fosilnih goriva i oslobađanje stakleničkih plinova – što je pravovremeni cilj tijekom “prijeteće energetske i klimatske krize”, prema dr. Rafaelu Juárezu Mañasu, profesoru inženjerstva na Nacionalnom sveučilištu za obrazovanje na daljinu (UNED) u Madridu koji nije bio uključen u nedavni eksperiment.
Postojeće nuklearne elektrane—odgovorne za oko 10% svjetske električne energije—generiraju električnu energiju nuklearnom fisijom, u kojoj se energija stvara cijepanjem teških atoma poput urana.
Fisija stvara radioaktivni otpad koji može trajati tisućama godina. Fuzija ne proizvodi takav otpad. Niti proizvodi ugljični dioksid i druge stakleničke plinove. A atomi vodika koji pokreću fuzijske reakcije su u suštini neograničeni.
Ali komercijalna primjena ove tehnologije vjerojatno ostaje još godinama, ako ne i desetljećima, prema istraživačima fuzije.
Ova ilustracija koju je dostavio National Ignition Facility prikazuje ciljnu kuglicu unutar hohlraum kapsule s laserskim zrakama koje ulaze kroz otvore na oba kraja.
Prerano je govoriti o izgradnji fuzijskih elektrana, rekao je Gianluca Sarri, profesor fizike na Queen’s University u Belfastu koji nije bio uključen u novo istraživanje. “Postoje tehnička pitanja koja još treba riješiti prije nego što postane izvor energije”, dodao je.
“Još uvijek ne dobivamo električnu energiju”, rekao je dr. Sarri.
Laseri u National Ignition Facility su manje od 1% učinkoviti, prema Jonathanu Daviesu, višem znanstveniku u Laboratoriju za lasersku energetiku Sveučilišta u Rochesteru. Postrojenje je koristilo stotine megadžula električne energije za proizvodnju laserskog svjetla potrebnog za proizvodnju oko 3 megadžula fuzijske energije.
“Laserska fuzijska elektrana morala bi pokrenuti otprilike 10 puta u sekundi kako bi dala razumnu izlaznu električnu snagu”, rekao je dr. Davies.
Proboj bi mogao ojačati napore SAD-a da osiguraju pouzdanost svog nuklearnog oružja bez pribjegavanja nuklearnom testiranju, rekao je Marvin Adams, zamjenik administratora za obrambene programe u Nacionalnoj upravi za nuklearnu sigurnost Ministarstva energetike.
SAD je poštovao moratorij na nuklearne pokuse od 1992. godine i oslanjao se na opsežan program eksperimenata i računalnih simulacija za procjenu pouzdanosti oružja. Dio tog rada obavlja se u postrojenju za paljenje u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore.
Iako su SAD potpisale Ugovor o sveobuhvatnoj zabrani nuklearnih pokusa zajedno sa 185 drugih država, nikada nisu ratificirale taj sporazum. Neki protivnici sporazuma tvrde da bi testiranje jednog dana moglo postati neophodno.
“Sada stvaramo više fuzijske energije i uvjeti su sličniji onima u srcu termonuklearne bombe”, rekao je Matthew Bunn, nuklearni stručnjak sa Sveučilišta Harvard i bivši dužnosnik Bijele kuće. “A to bi nam moglo dati još veće povjerenje da naše nuklearno oružje radi bez nuklearnih pokusa.”
Istraživači fuzije diljem svijeta koriste različite pristupe za pokretanje i obuzdavanje kontroliranih reakcija fuzije. Postrojenje u Livermoreu koristi gotovo 200 lasera za zagrijavanje i komprimiranje vodikovih atoma na temperaturu veću od 180 milijuna stupnjeva Fahrenheita i pritisak koji je 100 milijardi puta veći od Zemljine atmosfere. Ti ekstremni uvjeti stvaraju stanje materije poznato kao plazma, u kojem se spajaju atomi vodika. Isti proces pokreće Sunce i druge zvijezde.
“Ovaj eksperiment je prvi put pokazao da se to može učiniti u laboratorijskim uvjetima, a ne u zvijezdi”, rekao je Robbie Scott, viši fizičar plazme u središnjem laserskom postrojenju Rutherford Appleton Laboratory u blizini Oxforda, Engleska.
Dr. Scott, koji je proveo godinu dana u laboratoriju Lawrence Livermore, ali nije bio uključen u nedavni eksperiment, rekao je da je “bio dug i težak put” za globalnu zajednicu energije fuzije da dođe do ove točke. Ali rekao je da nikada nije sumnjao da se paljenje može postići.
“Fantastično je zapravo doći do ove točke, jer je to pravi temeljni rezultat,” dodao je.
Privatni investitori ulažu novac u rastuću industriju, unatoč znanstvenim i inženjerskim izazovima.
Više od 30 tvrtki, većina njih u SAD-u, juri za komercijalizacijom fuzije i prikupilo je više od 5 milijardi dolara, prema Fusion Industry Association. Tvrtke se natječu da budu prve ne samo koje će stvoriti strojeve za neto energiju, već i koje će ih komercijalizirati isporukom električne energije u mrežu na razini elektrane.
“Neto energija je velika tvrdnja, ali neto energija nije neto snaga”, rekao je Brett Rampal, stručnjak za nuklearnu energiju u energetskoj konzultantskoj tvrtki Veriten i Segra Capital Management. Dok mnogi kažu da mogu doseći prekretnice ranije, g. Rampal očekuje da bi neke privatne tvrtke za fuziju s prototipovima mogle postići neto snagu unutar jednog desetljeća i da bi pet do deset godina nakon toga moglo doći do komercijalnih demonstracija proizvoda.
Ipak, tvrtke za fuziju slavile su rezultate National Ignition Facilityja kao ključnu prekretnicu prema postizanju neto snage.
“To je ključni korak koji potvrđuje teoriju i podupire naše rastuće polje rada u fuzijskoj energiji”, rekao je Michl Binderbauer, izvršni direktor fuzijske tvrtke TAE Technologies, koja je prikupila 1,2 milijarde dolara.
Bob Mumgaard, izvršni direktor i suosnivač Commonwealth Fusion Systems LLC, podružnice MIT-a koja je prikupila više od 1,8 milijardi dolara, nazvao je rezultate neto energije validatorom za industriju fuzije. “Ovi uzbudljivi rezultati kulminacija su godina rada koji pokazuju da je znanost o fuziji vrijedna ulaganja”, rekao je gospodin Mumgaard.