• Podczas eksperymentu uzyskano o połowę energii więcej niż włożono
• „Zapłon”, inicjację fuzji wywołały potężne wiązki laserowe
• Osiągane przez nie temperatura i ciśnienie są podobne jak w gwiazdach

Fuzja jądrowa – przełomowy eksperyment, ale do zastosowań jeszcze daleko

5 grudnia 2022 r. zespół naukowców z National Ignition Facility (NIF) LLNL przeprowadził pierwszy w historii kontrolowany eksperyment z syntezą jądrową i osiągnął tzw. naukowy próg rentowności. By ją zainicjować, dostarczono 2,05 MJ (megadżuli) energii, a wyprodukowano 3,15 MJ. Badacze podkreślają jednak, że potrzeba jeszcze wielu osiągnięć naukowych i technologicznych, by opracować proste i niedrogie instalacje do kontrolowanej fuzji jądrowej, które będą zasilać przemysł i gospodarstwa domowe. Na pewno wiadomo, że to możliwe. Rysują się szanse na przyspieszenie rozwoju – nad tym zagadnieniem pracują jednostki naukowe i biznes prywatny, realizowane są programy badawczo-rozwojowe.

Fuzja jądrowa uwalnia znaczną ilość energii

Reakcje termojądrowe zachodzą w gwiazdach dostarczając im energii. Fuzja jądrowa polega na łączeniu dwóch lekkich jąder w jedno cięższe (np. z wodoru powstaje hel) z uwolnieniem dużych ilości energii. Do tej pory nikt nie zdołał tego efektu osiągnął. Synteza jest przeciwieństwem rozszczepienia, reakcji zachodzącej w reaktorach atomowych.

Uwięziona pastylka paliwa. Fot. LLNL

Najmocniejszy system laserowy na świecie

Podczas eksperymentu 192 wiązki laserowe dostarczyły ponad 2 MJ do maleńkiej pastylki paliwa. W ten sposób wywołano zapłon termojądrowy. Energia laserów wewnątrz specjalnej wnęki (hohlraum) jest przekształcana w promieniowanie rentgenowskie, które ściska kapsułkę paliwa powodując jej implozję. Tworzy się wtedy plazma o wysokiej temperaturze i ciśnieniu, a w wyniku fuzji uwalnia się energia. Hipoteza o możliwości wywołania syntezy jądrowej w warunkach laboratoryjnych powstała w LLNL jeszcze w latach 60. XX w. Badania trwały kilkadziesiąt lat, dotyczyły laserów (budowano coraz mocniejsze), optyki atomowej czy diagnostyki plazmy. Tworzono modele cyfrowe i symulacje procesu, aż zaprojektowano eksperyment.

Promieniowanie rentgenowskie inicjuje fuzję jądrową. Fot. LLNL

NIF to największy system laserowy, najbardziej energetyczny na świecie. Położony w Livermore w Kalifornii jest wielki jak stadion sportowy, a potężne wiązki laserowe wytwarzają temperatury i ciśnienia podobne do występujących w jądrach gwiazd i planet-olbrzymów, a także wewnątrz eksplodującej broni atomowej.

Teoretycznie rozumiemy fuzję od ponad wieku, ale droga od wiedzy do działania może być długa i żmudna. Dzisiejszy kamień milowy pokazuje, co możemy zrobić dzięki wytrwałości – powiedział dr Arati Prabhakar, główny doradca prezydenta ds. nauki i technologii oraz dyrektor Biura Polityki Nauki i Technologii Białego Domu.

Przeprowadzenie eksperymentu przez naukowców z LLNL było możliwe dzięki międzynarodowej współpracy licznych uczelni, instytucji badawczych i agend rządowych. To m.in. Los Alamos National Laboratory, Sandia National Laboratories i Nevada National Security Site, University of Rochester's Laboratory for Laser Energetics, Massachusetts Institute of Technology, University of California, Berkeley i Princeton University, a także partnerzy z Francji (Komisja Energii Atomowej i Energii Alternatywnych) i Wielkiej Brytanii (Defence Nuclear Organisation).

Przeczytaj także: Na Dolnym Śląsku może powstać elektrownia szczytowo-pompowa o mocy 750 MW