Najdoskonalszym producentem energii jest słońce. Wydaje się, że gdyby człowiek mógł ją pozyskiwać w taki sam sposób, a więc wskutek syntezy termojądrowej, nie musiałby korzystać z innych jej źródeł, a na pewno kopalnych. Dziś pytać jednak trzeba, czy zdąży opracować specjalne metody, zanim zniszczy Ziemię?
Badania nad tym trwają od dwudziestu-trzydziestu lat w czołowych ośrodkach naukowych świata: w USA, Korei Południowej, Japonii, Chinach, Wielkiej Brytanii, Francji, Niemczech. Jednym z przodujących jest Instytut Fizyki Plazmy (IPP) w Greifswaldzie, powiązany z matczyną dla niego placówką w Garching (Bawaria). W pracach uczestniczą międzynarodowe zespoły, także naukowcy z Polski.
Wiele już razy „Kurier…” informował o zaawansowaniu prac w Greifswaldzie. Z powodu pandemii część z nich trzeba było na jakiś czas przerwać. Ostatnio nadeszły nowe wiadomości i zaczął się nowy etap eksperymentu. Jego centrum jest reaktor syntezy termojądrowej Wendelstein 7-X.
Synteza termojądrowa jest metodą zdecydowanie inną niż pozyskiwanie energii w dzisiejszych elektrowniach jądrowych, wykorzystujących skutki rozpadu (rozszczepienia) jąder atomu. Towarzyszy temu gwałtowna emisja neutronów, promieniowane gamma i wydzielanie się dużych ilość tak potrzebnej energii. Pozostałością są m.in. niebezpieczne odpady radioaktywne, wymagające przechowywania w odpowiednich warunkach i długotrwałej neutralizacji.
W Greifswaldzie trwają badania nad zjawiskiem przeciwnym – syntezą (fuzją) termojądrową, w której – ogólnie mówiąc – energia ma być pozyskiwana wskutek łączenia się a nie rozpadu jąder atomów. Zjawisko to praktycznie nie powoduje emisji radioaktywnego promieniowania i nie generuje odpadów. Wymaga jednak stworzenia na ziemi warunków takich, jakie są na słońcu.
W Instytucie Fizyki Plazmy przez dziesięć lat budowano reaktor Wendelstein 7-X, który ma być takim słońcem na ziemi, prototypem elektrowni, pracującej w oparciu o fuzję atomową. Będzie to możliwe wtedy, jeśli wprowadzoną do niego plazmę uda się rozgrzać do temperatury 100 mln st. C i utrzymać przez odpowiednio długi czas, minimum 30 minut, a to znaczy przygotować do pracy ciągłej.
Reaktor w Greifswaldzie był gotowy w 2015 roku. Cztery lata temu zaczęła się przebudowa jego komory, służącej do rozgrzewania i utrzymywania plazmy. Jego najbardziej skomplikowaną częścią są tzw. dywertory – płyty, wytworzone ze stopu miedzi, chromu i cyrkonu, które można schładzać wodą, a które przy wykorzystaniu potężnego pola elektromagnetycznego umożliwiają utrzymywanie plazmy w reaktorze w odpowiedniej odległości od jego ścian. Płyty zostały zamontowane. Do wnętrza reaktora wbudowano też 600 obwodów ich chłodzenia wodą.
Sercem reaktora (dodajmy: typu stellarator) jest pierścień pięćdziesięciu cewek magnetycznych, mających około 3,5-metra wysokości, które będzie można schładzać do minus 270 stopni. W tym celu wbudowano do wnętrza 600 obwodów chłodzenia dywertorów wodą. W wyniku przebudowy plazma nie będzie utrzymywana w reaktorze jak dotychczas przez kilka sekund, lecz przez czas znacznie dłuższy czas.
Właśnie zaczynają się w IPP testy, które wykażą, czy Wendelstein 7-X, reaktor syntezy termojądrowej, jest gotowy do pracy ciągłej. Uczestnicy niedawnego spotkania w Greifswaldzie mogli na ekranach monitorów obserwować niewyobrażalne zjawisko: plazmę, rozgrzaną do 50 mln st. Celsjusza. W takiej temperaturze udało się ją utrzymać dłużej niż przez ułamek sekundy, jak było dotychczas. W sali instytutu zebrało się kilkadziesiąt osób, głównie naukowcy, kilkoro dziennikarzy oraz politycy i sponsorzy, którzy mają moc decydowania o funduszach na naukę. Wpatrywali się w ekrany, w obraz z wnętrza reaktora. Nagle – błysk.
Dla laika nic takiego, nic widowiskowego. Chwila, błysk i tylko chwila. Reakcja zgromadzonych była zupełnie inna: spontaniczny wybuch entuzjazmu.
‒ „Wendelstein 7-X jest gotowy – mówił potem z dumą Thomas Klinger, fizyk, szef projektu. ‒ Nasza praca to prawdziwa misja. Jeśli teraz uda nam się opracować metodę utrzymania w tej temperaturze plazmy przez 30 minut, to będziemy wiedzieli, że z technicznego punktu widzenia będzie to możliwe także dłużej.
Mówiąc wprost: człowiek będzie bliżej budowania w przyszłości siłowni, mogących produkować energię tak, jak „robi” to słońce. Efekty prac w Greifswaldzie mogą się więc okazać absolutnie przełomowe dla nas wszystkich. Chodzi o uwolnienie ludzkości od niepokoju o energię i wszystkiego, co się z tym wiąże. Jest to niezbędne chociażby dlatego, że kopalne źródła energii – węgiel, gaz, ropa – powodują kłopotliwe i wielorakie skażenie środowiska, a po drugie można całkiem realnie przewidzieć, kiedy się skończą.
Eksperyment w Greifswaldzie nie przeszkadza w poszukiwaniu i doskonaleniu innych metod pozyskiwania energii, w tym innych wersji syntezy termojądrowej. Przeciwnie: prace IPP sprzyjają poszukiwaniu metod optymalnych. Dlatego naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy współpracują m.in. z naukowcami z Francji, gdzie trwa eksperyment z reaktorem syntezy ITER.
Obecna na spotkaniu w IPP federalna minister badań naukowych Bettina Stark-Watzinger (FDP) zapewniła, że rząd federalny nadal będzie wspierał badania podstawowe w dziedzinie technologii syntezy termojądrowej.
‒ Jeśli okaże się, że tym sposobem możliwe jest wytwarzanie dużych ilości energii, będzie to dla nas bezcenne. To ogromna szansa na zapewnienie energii i faktyczną niezależność – mówiła w Greifswaldzie.
Inni uczestnicy spotkania dodawali, że dzięki eksperymentowi „Wendelstein 7-X” nauka zbliża się krok po kroku do urzeczywistnienia utopii.
‒ „Wendelstein 7-X to najpotężniejszy na świecie reaktor typu stellarator – mówiła dyrektor naukowa IPP Sibylle Günter. ‒ Nowa faza prac, którą zaczynamy, pozwoli nam zwiększać parametry jego wydajności, co jest bardzo ważne dla budowy w przyszłości elektrowni termojądrowych.
Nowa faza eksperymentu ma na dobre ruszyć we wrześniu. Temperatura w reaktorze będzie stopniowo podwyższana aż do 50 mln st. C, a impulsy elektromagnetyczne, które utrzymają plazmę w zawiesinie w odpowiedniej odległości od ścian komory, będą przedłużane do 30 minut. Podkreślmy przy tym, że na zewnątrz reaktora, w hali, w której się znajduje, jest temperatura pokojowa. W reaktorze nie ma rozpadu jąder, dlatego nie ma wybuchu, nie ma groźby, że plazma wycieknie na zewnątrz.
Bettina Martin (SPd), minister nauki rządu Meklemburgii-Pomorza Przedniego w Schwerinie, podkreśliła, że dzięki reaktorowi Wendelstein 7-X badania naukowe w landzie są prowadzone na najwyższym poziomie światowym, jeśli chodzi o poszukiwania zrównoważonych rozwiązań dla energetyki przyszłości.
* * *
Źródłem energii w elektrowniach termojądrowych będzie ciepło, wytwarzane wskutek łączenia się (syntezy, fuzji) jąder atomów, przekształcane w energię elektryczną za pomocą wymiennika ciepła i turbiny parowej lub odprowadzane bezpośrednio do systemów grzewczych.
Całkowity koszt eksperymentu Wendelstein 7-X to do tej pory 1.3 mld euro. Finansują go rządy krajów związkowych, budżet federalny i programy unijne.
Do wytworzenia dużej ilości energii dzięki syntezie termojądrowej potrzebny jest znacznie większy reaktor niż Wendelstein 7-X. Thomas Klinger uważa, że elektrownie termojądrowe będą włączane do sieci, zaopatrującej w energię miasta, gospodarstwa domowe i przedsiębiorstwa, w połowie drugiej połowy XXI wieku. Może już w roku 2060.
Gdy obserwuje się dzisiejsze wydarzenia na świecie, wojnę w Ukrainie, Syrii, Jemenie, Mali, pychę rządów totalitarnych, zarozumialstwo autokratów, nacjonalizmy, bezmyślne niszczenie środowiska, w tym śmierć Odry, można tylko mieć nadzieję, że do tego czasu nie zatrujemy wód i klimatu, nie wyrąbiemy lasów, nie zniszczymy Ziemi. Życia już nie naszego, lecz naszych dzieci i wnuków.
Bogdan TWARDOCHLEB
