А спајање?

Извештаји кинеских стручњака крајем прошле године о изградњи реактора за синтезу звучали су сензационално (1). Кинески државни медији јавили су да ће постројење ХЛ-2М, које се налази у истраживачком центру у Ченгдуу, бити оперативно 2020. године. Тон медијских извештаја указивао је да је питање приступа неисцрпној енергији термонуклеарне фузије заувек решено.

Пажљивији поглед на детаље помаже да се охлади оптимизам.

нови апарат типа токамак, са напреднијим дизајном од оних до сада познатих, требало би да генерише плазму са температурама изнад 200 милиона степени Целзијуса. Ово је у саопштењу за јавност саопштио шеф Југозападног института за физику Кинеске националне нуклеарне корпорације Дуан Ксиуру. Уређај ће пружити техничку подршку Кинезима који раде на пројекту Међународни термонуклеарни експериментални реактор (ИТЕР)као и грађевинарство.

Тако да мислим да то још није енергетска револуција, иако су је створили Кинези. Реактор КХЛ-2М до сада се мало зна. Не знамо колика је пројектована топлотна снага овог реактора нити који нивои енергије су потребни да би се покренула реакција нуклеарне фузије у њему. Не знамо најважнију ствар – да ли је кинески фузиони реактор дизајн са позитивним енергетским билансом, или је то само још један експериментални фузиони реактор који омогућава фузиону реакцију, али истовремено захтева више енергије за „паљење“ од енергија која се може добити као резултат реакција.

Међународни напор

Кина, заједно са Европском унијом, САД, Индијом, Јапаном, Јужном Корејом и Русијом, су чланице ИТЕР програма. Ово је најскупљи од садашњих међународних истраживачких пројеката које финансирају горе наведене земље и кошта око 20 милијарди америчких долара. Отворен је као резултат сарадње влада Михаила Горбачова и Роналда Регана у доба хладног рата, а много година касније укључен је у уговор који су све ове земље потписале 2006. године.

2. На градилишту токамака ИТЕР

Пројекат ИТЕР у Цадарацхеу у јужној Француској (2) развија највећи токамак на свету, односно плазма комору која мора да се укроти помоћу снажног магнетног поља које стварају електромагнети. Овај проналазак је развио Совјетски Савез 50-их и 60-их година. Вођа пројекта, Лаван Кобленц, најавио је да би организација требало да добије „прву плазму“ до децембра 2025. ИТЕР би сваки пут требало да подржи термонуклеарну реакцију за око 1 људи. секунди, добијајући снагу 500-1100 МВ. Поређења ради, највећи британски токамак до сада, МЛАЗНИ (зглобни европски торус), задржава реакцију неколико десетина секунди и добија снагу до КСНУМКС МВ. Енергија у овом реактору ће се ослобађати у облику топлоте - не би требало да се претвара у електричну енергију. Испорука снаге фузије у мрежу не долази у обзир јер је пројекат само у истраживачке сврхе. Само на основу ИТЕР-а биће изграђена будућа генерација термонуклеарних реактора који ће достићи снагу 3-4 хиљаде. МВ.

Главни разлог зашто нормалне фузионе електране још увек не постоје (упркос преко шездесет година опсежног и скупог истраживања) је тешкоћа контроле и „управљања“ понашањем плазме. Међутим, године експериментисања донеле су многа вредна открића, а данас се енергија фузије чини ближом него икад.

Додајте хелијум-3, промешајте и загрејте

ИТЕР је главни фокус глобалног истраживања фузије, али многи истраживачки центри, компаније и војне лабораторије такође раде на другим пројектима фузије који одступају од класичног приступа.

На пример, спроведена последњих година на са Технолошког института у Масачусетсу експерименти са Хелем-3 на токамаку дао је узбудљиве резултате, укључујући десетоструко повећање енергије јон плазме. Научници који спроводе експерименте на токамаку Ц-Мод на Технолошком институту у Масачусетсу, заједно са стручњацима из Белгије и Велике Британије, развили су нову врсту термонуклеарног горива које садржи три врсте јона. Тим Алцател Ц-Мод (3) спровео студију још у септембру 2016. године, али су подаци из ових експеримената тек недавно анализирани, откривајући огроман пораст енергије плазме. Резултати су били толико охрабрујући да су научници који воде највећу радну фузиону лабораторију на свету, ЈЕТ у Великој Британији, одлучили да понове експерименте. Постигнут је исти пораст енергије. Резултати студије објављени су у часопису Натуре Пхисицс.

3. Токамак Алцатор Ц-Мод у раду

Кључ за побољшање ефикасности нуклеарног горива био је додавање хелијума-3 у траговима, стабилног изотопа хелијума, са једним неутроном уместо два. Нуклеарно гориво коришћено у методи Алцатор Ц раније је садржало само две врсте јона, деутеријум и водоник. Деутеријум, стабилан изотоп водоника са неутроном у језгру (за разлику од водоника без неутрона), чини око 95% горива. Научници из Центра за истраживање плазме и Масачусетског технолошког института (ПСФЦ) користили су процес тзв. РФ грејање. Антене поред токамака користе одређену радио фреквенцију да побуђују честице, а таласи су калибрисани да „циљају“ јоне водоника. Пошто водоник чини мали део укупне густине горива, концентрисање само малог дела јона на загревање омогућава постизање екстремних нивоа енергије. Даље, стимулисани јони водоника прелазе до јона деутеријума који преовлађују у смеши, а честице формиране на овај начин улазе у спољашњи омотач реактора, ослобађајући топлоту.

Ефикасност овог процеса се повећава када се у смешу додају јони хелијума-3 у количини мањој од 1%. Концентришући све радио загревање на малу количину хелијума-3, научници су подигли енергију јона на мегаелектронволте (МеВ).

Први дође – први сервиран Еквивалент на руском: Једење касног госта и кости

Било је много развоја у свету рада на контролисаној фузији у последњих неколико година који су поново распалили наде научника и свих нас да коначно стигнемо до „светог грала“ енергије.

Добри сигнали укључују, између осталог, открића из Принстонске лабораторије за физику плазме (ПППЛ) Министарства енергетике САД (ДОЕ). Радио таласи су са великим успехом коришћени за значајно смањење такозваних плазма пертурбација, које могу бити пресудне у процесу „дотеривања“ термонуклеарних реакција. Исти истраживачки тим је у марту 2019. пријавио експеримент са литијум токамаком у којем су унутрашњи зидови тестног реактора били обложени литијумом, материјалом добро познатим из батерија које се обично користе у електроници. Научници су приметили да литијумска облога на зидовима реактора апсорбује расуте честице плазме, спречавајући их да се рефлектују назад у облак плазме и ометају термонуклеарне реакције.

4. Визуелизација пројекта ТАЕ Тецхнологиес

Научници из великих угледних научних институција чак су постали опрезни оптимисти у својим изјавама. Недавно је такође дошло до огромног пораста интересовања за технике контролисане фузије у приватном сектору. У 2018, Лоцкхеед Мартин је најавио план за развој прототипа компактног фузионог реактора (ЦФР) у наредној деценији. Ако технологија на којој компанија ради функционише, уређај величине камиона ће моћи да обезбеди довољно електричне енергије да задовољи потребе уређаја од 100 квадратних стопа. становници града.

Друге компаније и истраживачки центри се такмиче ко може да изгради први прави фузиони реактор, укључујући ТАЕ Тецхнологиес и Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи. Чак су и Амазонов Џеф Безос и Мајкрософтов Бил Гејтс недавно били укључени у пројекте спајања. НБЦ Невс је недавно избројао седамнаест малих компанија само за фузију у САД. Стартапи као што су Генерал Фусион или Цоммонвеалтх Фусион Системс фокусирају се на мање реакторе засноване на иновативним суперпроводницима.

Концепт „хладне фузије” и алтернативе великим реакторима, не само токамацима, већ и тзв. стеларатори, са мало другачијим дизајном, изграђен укључујући и у Немачкој. Наставља се и потрага за другачијим приступом. Пример за то је уређај тзв З-штипање, који су изградили научници са Универзитета у Вашингтону и описани у једном од најновијих бројева часописа Пхисицс Ворлд. З-пинч функционише тако што хвата и компресује плазму у снажном магнетном пољу. У експерименту је било могуће стабилизовати плазму за 16 микросекунди, а реакција фузије је трајала око трећине овог времена. Демонстрација је требало да покаже да је синтеза малих размера могућа, иако многи научници још увек озбиљно сумњају у то.

Заузврат, захваљујући подршци Гугла и других инвеститора напредне технологије, калифорнијска компанија ТАЕ Тецхнологиес користи другачију, од типичног за експерименте фузије, мешавина горива бора, који су коришћени за развој мањих и јефтинијих реактора, у почетку за потребе такозваног фузионог ракетног мотора. Прототип цилиндричног фузионог реактора (4) са контра сноповима (ЦБФР), који загрева гас водоника да би се формирала два плазма прстена. Комбинују се са сноповима инертних честица и држе се у таквом стању, што би требало да допринесе повећању енергије и трајности плазме.

Још један фузион стартап Генерал Фусион из канадске провинције Британска Колумбија ужива подршку самог Џефа Безоса. Једноставно речено, његов концепт је да убризгава врућу плазму у куглицу течног метала (мешавина литијума и олова) унутар челичне кугле, након чега се плазма сабија помоћу клипова, слично као код дизел мотора. Створени притисак требало би да доведе до фузије, која ће ослободити огромну количину енергије за погон турбина новог типа електране. Мике Делаге, главни технолошки директор компаније Генерал Фусион, каже да би комерцијална нуклеарна фузија могла да дебитује за десет година.

5. Илустрација из термонуклеарног патента америчке морнарице.

Недавно је и америчка морнарица поднела патент за „уређај за фузију плазме“. Патент говори о магнетним пољима за стварање "убрзане вибрације" (5). Идеја је да се направе фузиони реактори довољно мали да буду преносиви. Непотребно је рећи да је ова патентна пријава дочекана са скептицизмом.