Sztuczne Słońce we Francji
Unia Europejska ogłosiła, że jeszcze w tym roku we Francji rozpocznie się budowa reaktora syntezy termojądrowej ITER – urządzenia, które zaspokoić ma energetyczne potrzeby ludzkości.
Reaktor ma kosztować 10 miliardów euro, wytwarzać będzie 500 megawatów mocy.
reaktor syntezy termojądrowej ITER
Prace nad nim zakończyć się mają za jedenaście lat. Reaktor ITER będzie wytwarzał energię w ten sam sposób, w jaki powstaje ona na Słońcu: w procesie syntezy termojądrowej.
Proces ten polega na tym, że lekkie jądra atomowe łączą się, w efekcie czego powstają jądra cięższe oraz energia.
Uruchomienie takiego procesu nie jest rzeczą łatwą, bo aby jądra lekkich atomów połączyły się, muszą się zetknąć. A że są one naładowane dodatnio – odpychają się z potężną siłą.
Synteza wymaga więc pokonania sił odpychania elektrostatycznego. Dlatego syntezę przeprowadzać należy w bardzo wysokich temperaturach. Wtedy jądra mieć będą wielką energię kinetyczną, która pokona odpychanie elektrostatyczne.
Gorące obok zimnego
Tak właśnie dzieje się na Słońcu i innych gwiazdach, tak też ma się dziać w brzuchu reaktora ITER.
Panować tam będzie temperatura około 100 milionów stopni Celsjusza. Pod wpływem takiego gorąca atomy stracą powłoki elektronowe i utworzą plazmę.
Jądra atomowe, z których składać się będzie plazma, będą się zderzały, i wytworzy się energia, zamieniona następnie w energię elektryczną.
Gorąca plazma buzować będzie w naczyniu w kształcie pierścienia – nie będzie jednak mogła dotknąć jego ścianek. Dlatego utrzymywana będzie w ryzach przez bardzo silne elektromagnesy.
W reaktorze ITER ma być 25 elektromagnesów, każdy z nich ważyć będzie kilkaset ton. Wytworzą one pułapkę magnetyczną, w którą pochwycona zostanie plazma.
Magnesy będą najdroższymi częściami reaktora ITER. Inżynierowie nie użyją zwykłych elektromagnesów, marnowałyby one zbyt dużo energii w postaci ciepła.
Użyją magnesów nadprzewodzących. Pracują one w temperaturze -269 stopni Celsjusza. W takiej temperaturze specjalny ceramiczno-stalowy materiał, z którego wykonany jest magnes, nie wykazuje żadnego oporu, dzięki czemu zużywa niewiele energii. Magnesy chłodzone będą ciekłym helem.
Plazma w reaktorze ITER składać się będzie z jąder izotopów wodoru: deuteru i trytu.
W efekcie łączenia się jąder deuteru i trytu powstanie jądro helu. Uwolniony też zostanie neutron i energia. Deuter i tryt potrzebne do przeprowadzenia syntezy termojądrowej można uzyskać łatwo.
Deuter ze zwykłej wody morskiej, a tryt z litu, czyli lekkiego metalu występującego powszechnie w skorupie ziemskiej.
Jeżeli cała energia konsumowana przez ludzkość byłaby wytwarzana w procesie syntezy termojądrowej, ziemskie zasoby litu wystarczyłyby na 1000 lat.
Wody do produkcji deuteru starczyłoby na wiele milionów lat. Jedna osoba żyjąca w kraju uprzemysłowionym zużyłaby przez całe swoje życie 30 gramów litu i 10 gramów deuteru.
W przeciwieństwie do tradycyjnych elektrowni jądrowych, reaktory syntezy termojądrowej mają w bardzo niewielkim stopniu zagrażać środowisku.
W wyniku reakcji syntezy powstanie energia, hel oraz neutrony. Hel, gaz szlachetny, jest zupełnie nieszkodliwy. Pewne niebezpieczeństwo mogą nieść neutrony.
Cząstki te będą mieć wysoką energię, więc kiedy zderzą się ze ścianami naczynia reaktora, ściany te mogą stać się radioaktywne.
Inżynierowie konstruujący reaktor obiecują jednak, że zbudują ściany naczynia z materiału, który nie ulegnie łatwo aktywacji, i że żaden radioaktywny złom o długim czasie rozpadu nie pozostanie po reaktorze ITER.
Zwycięska radziecka idea
Historia kontrolowanej syntezy termojądrowej sięga połowy ubiegłego wieku. Wtedy to naukowcy radzieccy – Andriej Sacharow i Igor Tamm – zbudowali tzw. tokamak, czyli urządzenie, w którym potężne pole magnetyczne wytwarza i kontroluje uformowaną w kształt pierścienia plazmę.
Od tego czasu na świecie wybudowano wiele tokamaków, w najbardziej udanych z nich udało się wywołać reakcję syntezy termojądrowej, ale tylko na krótki czas -kilka sekund. Reaktor ITER, który jest rozwinięciem idei tokamaka, ma kontrolować plazmę nieprzerwanie.
Reaktor ITER będzie wynikiem kooperacji pomiędzy Unią Europejską, Japonią, USA, Chinami, Rosją i Koreą Południową. Dotychczas wśród możliwych miejsc budowy reaktora wymieniano Japonię i Francję. Teraz wiadomo, że reaktor powstanie we Francji, w Cadarache. UE, jako gospodarz projektu, poniesie połowę kosztów.
Autor: Łukasz Kaniewski
Źródło: Rzeczpospolita.pl