Postavljen novi rekord – oslobođena trajna fuzijska energija od nevjerojatnih 59 megadžula

Izniman je uspjeh postigla grupa znanstvenika okupljena u EUROfusionu, jednom od najvećih istraživačkih konzorcija danas, koji je posvećen realizaciji fuzije kao izvora energije. Postavili su novi rekord oslobađanjem trajne fuzijske energije od nevjerojatnih 59 megadžula, što su postigli u JET-u, najvećim i najmoćnijem operativnom tokamaku na svijetu. Ukratko je sam tokamak komora u obliku torusa s magnetskim zavojnicama namijenjena stvaranju i zadržavanju visoke temperature plazme. U obavijesti o ovom postignuću navodi se kako je riječ o demonstraciji punog potencijala fuzije u isporuci sigurne, održive i niskougljične energije. JET ili Joint European Torus uređaj je na kojem se postižu temperature i do 10 puta veće od onih u središtu Sunca.

Ovom je prilikom u srcu plazme postignuta temperatura od 150 milijuna Celzijevih stupnjeva te je plazma bila bogata tricijem sa zasićenošću od oko 85 posto. Ovaj je omjer iznimno interesantan – korišteno je tek 0,1 mg tricija te 0,07 mg deuterija, a da biste dobili istih ovih 59 megadžula trebali biste iskoristiti kilogram plina ili dva kilograma ugljena. Smješten je u Upravi za nuklearnu energiju Ujedinjenog kraljevstva, a ključna je ispitna stanica za početak rada Međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora ITER, jednog od najvećih kolaborativnih znanstvenih projekata u povijesti, koji se gradi na jugu Francuske, a koji podupire sedam njegovih članica – Kina, Europska Unija, Indije, Japan, Južna Koreja, Rusija i SAD.

JET može postići uvjete slične onima u ITER-u i budućim fuzijskim elektranama te je jedini operativni tokamak na svijetu koji može koristiti istu mješavinu goriva deuterij-tricij (D-T) koji je planiran za te uređaje. Kako se navodi, novi rekord fuzijske energije ostvaren je u sklopu kampanje eksperimenta koju je pokrenuo konzorcij EUROfusion kako bi demonstrirao razmjere postignuća u fuzijskim istraživanjima tijekom dva desetljeća istraživanja te kako bi se optimalno pripremili za početak rada ITER-a, veće i naprednije verzije JET-a. Poznato je kako je i Hrvatska preko Instituta Ruđera Boškovića u Zagrebu i druge znanstvene institucije i kompanije uključena u projekt ITER. Dr. sc. Tonči Tadić s IRB-a uključen je u projekt te je danas voditelj hrvatskih fuzijskih aktivnosti u sklopu konzorcija EUROfusion te koordinator Savjeta europskog projekta DONES-PreP. Tako je podsjetio kako bliska suradnja hrvatskih fuzijskih znanstvenika s britanskim kolegama seže još iz 2013. godine kada je sklopljen bilateralni Sporazum o suradnji između IRB-a i Centra za fuzijsku energiju u Culhamu (CCFE) pri UKAEA, koja je domaćin JET-a. IRB je tako tijekom 2013. u EU imao status vanjske fuzijske istraživačke jedinice UK. Britanski znanstvenici od tada redovito koriste usluge Laboratorija za interakcije ionskih snopova IRB-a u vezi s analizom fuzijskih uzoraka na ionskoj mikroprobi ili ozračavanja fuzijskih materijala na uređaju DiFU.

– Zapis i znanstveni podaci iz ovih ključnih eksperimenata na uređaju JET veliki su poticaj za ITER jer su provedeni u istim uvjetima kakvi će biti na ITER-u te jamče siguran i uspješan rad ITER-a, na kojem će i volumen plazme i magnetsko polje, i mikrovalno grijanje plazme biti još veći nego na JET-u, zaključuje dr. sc. Tonči Tadić. Podijelio je s nama i detalje ovog uspjeha kao i drugih događanja povezanih s ambicioznom idejom dobivanja održive energije iz fuzije.

– Na rekordnoj snimci fuzijske reakcije u JET-u oslobodile su ukupno 59 megadžula energije u obliku topline i to tijekom pet sekundi pulsa plazme, što su dvostruko veće vrijednosti od rekordnih postavljenih 1997. godine – objašnjava dr. Tadić dodajući kako su nam ovi rezultati potvrda da će ITER također izvrsno raditi.

– Naime, u eksperimentima iz 1997. godine unutarnji oklop tokamaka JET koji je okrenut plazmi bio je načinjen od poroznih ploča od ugljičnih vlakana. No, iako su one dobro izdržale temperature do 3000 Celzijevih stupnjeva, jako su upijale fuzijsko gorivo tj. plinove deuterij i tricij, pa se reakcija gušila. Ujedno se stvarala velika količina ugljične prašine koja je također apsorbirala fuzijsko gorivo. Od tada se nastojalo izbjeći upijanje goriva u stijenkama korištenjem oklopa od volframa i berilija, kakvi su korišteni i sada. Raniji eksperimenti provedeni su 2014. uz poseban oprez jer nije bilo jasno kakav je sastav fuzijske prašine u novim uvjetima, odnosno koliko ona apsorbira fuzijsko gorivo te je li samozapaljiva i eksplozivna. Sve te dvojbe otklonjene su u analizama čestica fuzijske prašine provedenima tijekom 2017. do 2020. godine upravo na ionskoj mikroprobi IRB-a, u suradnji s kolegama iz Velike Britanije, Švedske i Poljske. Moglo se dakle sigurno ići na jače grijanje plazme, veću količinu fuzijskog goriva i jaču fuzijsku reakciju. To je posebno važno i za sigurnost rada ITER-a – rekao je naš znanstvenik.

Nas je dodatno zanimalo koliki je ovo korak prema tom svetom gralu fizike, funkcionalnoj fuzijskoj elektrani.

– Ovo je važan korak, budući da JET, s obzirom na svoju veličinu i dizajn, služi kao testni poligon za ITER. Ovaj rezultat jamči pouzdan i uspješan rad ITER-a, bez čega nema ni fuzijske elektrane DEMO. Cilj je, naravno, dobiti goruću plazmu, dakle fuzijsku reakciju koja sama sebe održava. Svi produkti reakcije, odnosno petina dobivene energije ostaje u plazmi i grije je pa ostaje vruća. No 4/5 energije goruće plazme čine neutroni koji bježe iz plazme, udaraju u plašt reaktora grijući ga i tako nam daju korisnu energiju za buduću fuzijsku elektranu. Naravno i JET i ITER su reaktori, a ne elektrane, oni ne daju struju. Treba imati u vidu da je kod JET-a još uvijek više energije uloženo u grijanje plazme nego što je dobiveno fuzijske energije. Kod ITER-a, koji je 10 puta veći od JET-a, goruća plazma trebala bi davati oko 10 puta više energije nego što je uloženo u njeno zagrijavanje, kaže dr. Tadić.

Opisani napredak nije i jedini posljednjih dana. Američki su znanstvenici objavili kako su postigli stanje goruće plazme. Između ta dva uspjeha postoje, međutim, bitne razlike.

– Ta goruća plazma kod njih postignuta je u inercijalnoj fuziji, gdje se laserima gađa kuglica polimera koja u sebi sadrži fuzijsko gorivo. Sve traje dok dok traje eksplozija te kuglice, kao da imate minijaturnu termonuklearnu bombu, kod koje ste fuzijsku reakciju startali grijanjem s pomoću lasera – a ne eksplozijom male nuklearne bombe. I ovdje je energija uložena u lasersko grijanje kuglice i pogon tih moćnih lasera daleko veća od energije dobivene fuzijom. Napominjem da se JET i ITER temelje na magnetnoj fuziji, gdje se vruća plazma drži na okupu jakim magnetskim poljem. U EU je istraživanje inercijalne fuzije praktično zanemarivo, vjerojatno radi bliskosti tog koncepta fuzije s termonuklearnom bombom – rekao je dr. Tonči Tadić. No, određena kontroverzija u Europi postoji oko nuklearnih elektrana, pa i prema mogućim budućim fuzijskim elektranama. Francuzi ih imaju puno, Nijemci ih praktično dokidaju.

– EU je podijeljena na zagovornike nuklearne energije – njih 13 na čelu s Francuskom, među kojima su Hrvatska, Mađarska i Slovenija, te na oštre protivnike nuklearne energije – Njemačku, Austriju i Luksemburg i na ostale koji važu obje opcije. Neki počinju graditi svoje prve nuklearke, recimo Finska i Poljska. Neki razmišljaju o gašenju svojih, recimo Španjolska i Belgija. No u svim tim zemljama vrlo je jaka podrška fuziji. Tako da postojeća podjela u vezi nuklearki u EU ne utječe na rad EUROfusiona i EU agencije Fusion for Energy. Imam dojam da je fuzija zadnje utočište nuklearnim stručnjacima u Njemačkoj i Austriji te Italiji. Naime, teško je napraviti fuzijsku elektranu bez stečenih znanja iz sadašnjih nuklearnih elektrana. Zato znanstveno-tehnički odbor Euratoma potiče sinergiju fisije i fuzije. Kod fuzijskog reaktora imamo posla s malom količinom plina, dok kod nuklearnog reaktora imamo posla s većom količinom teških metala. Način pokretanja, održavanja i zaustavljanja reakcije je različit. No izvan fuzijskog reaktora dosta toga je slično nuklearki: betonski oklop, parogeneratori, sustavi hlađenja, turbine, trafostanice itd. – rekao je dr. Tadić.