Zostań w domu, zamów taniej!
Nie wychodź z domu i zamów online swoje ulubione pisma 20% taniej. Skorzystaj z kodu rabatowego: czytajwdomu

Trzy miliardy stopni nadziei na przełom w fuzji

Trzy miliardy stopni nadziei na przełom w fuzji
Uczeni z Australii ogłosili niedawno przełom w pracach nad reaktorem fuzyjnym. Ich projekt oparty na syntezie wodorowo-borowej rozwiązuje dobrze znane problemy związane z budową reaktora generującego energię z fuzji. Zespół zaproponował wykorzystanie laserów dużej mocy zamiast podgrzewania paliwa deuterowo-trytowego w ekstremalnie wysokich temperaturach.

Prace zespołu z Uniwersytetu Nowej Południowej Walii trwają już od dawna. W 2017 roku cytowaliśmy na łamach "MT" szefa zespołu Heinricha Horę (1): "Z punktu widzenia inżynierii nasze podejście będzie o wiele prostsze, a ponieważ paliwa i odpady są bezpieczne, więc reaktor nie będzie potrzebował wymiennika ciepła i generatora z turbinami parowymi, zaś niezbędne lasery można kupić na rynku".

Wodorowo-borowa reakcja fuzji H-11B jest aneutroniczna, czyli nie wymaga działania neutronów, ani ich wytwarzania. Innymi słowy, nie jest radioaktywna. Nie wymaga też radioaktywnego paliwa i nie wytwarza odpadów radioaktywnych.

W odróżnieniu od większości innych metod generowania energii, nie są potrzebne wymienniki ciepła, ani też turbiny parowe, fuzja wodorowo-borowa uwalnia energię prawie bezpośrednio w postaci elektryczności. Nie potrzeba skomplikowanych konstrukcji reaktorów, takich jak tokamaki lub stellaratory. Produktem "odpadowym" jest nieszkodliwy hel. Zarówno produkty wejściowe, jak i wyjściowe są nietoksyczne. Zdaniem prof. Heinricha Hory, "reakcja 12 mg paliwa w postaci boru może wytworzyć ponad 1 GJ energii".

W "zwykłym" procesie syntezy używa się silnie ściśniętych jąder deuteru i trytu. Aby wytworzyć wysokie ciśnienie potrzeba bardzo dużo energii. Zastosowanie wodoru i boru powoduje, że nie trzeba paliwa tak mocno "ściskać". Dzięki temu proces potrzebuje znacznie mniej energii do uruchomienia.

W celu realizacji koncepcji i budowy prototypu powstał startup o nazwie HB11 (tak również nazywany jest w skrócie proces reakcji syntezy wodorowo-borowej). Jak twierdzi Heinrich Hora, konstrukcja reaktora to przede wszystkim pusta metalowa kula, wyposażona w dwa lasery dużej mocy, w której będzie można umieścić niewielką pastylkę paliwową HB11. Jeden laser będzie wytwarzał pole magnetyczne powstrzymujące plazmę, a drugi będzie wyzwalał "lawinową" reakcję łańcuchową syntezy (2). Projekt reaktora nowego typu został przez prof. Horę niedawno opatentowany.

2. Zasada działania reaktora syntezy wodorowo-borowej

Rozwój techniki laserowej dał nadzieję

Profesor Hora od dekad opracowuje i propaguje alternatywną wobec tradycyjnych tokamaków i nowszych projektów takich jak stellaratory (niemiecki Wendelstein 7-X) metodę osiągnięcia wydajnej reakcji termojądrowej. Jej podstawą jest reakcji syntezy termojądrowej wodoru z izotopem boru 11B zapisywana w następujący sposób:

Jednak brak zaawansowanych laserów utrzymywał koncepcje profesora Hory i innych uczonych proponujących fuzję wodorowo-borową przez długi czas w sferze rozważań czysto teoretycznych. Sytuacja zmieniła się diametralnie po wynalezieniu w 1985 roku technologii laserowej o nazwie "Chirped Pulse Amplification" (CPA). CPA nie tylko doprowadziło do rozwoju technologii laserowej o wysokiej mocy, ostatecznie dając swoim wynalazcom nagrodę Nobla z fizyki w 2018 roku, ale również spełniło wymagania określone przez Horę dla osiągnięcia reakcji HB11.

Moc dostępnych laserów od kilkunastu lat wzrasta wykładniczo, zatem osiągnięcie fuzji wodorowo-borowej wydaje się być już blisko, co nie znaczy, że reaktor tego typu powstanie w ciągu roku czy dwóch. Skale czasowe, o których się mówi, to raczej minimum kilkanaście lat.

Warto dodać, że poza Australijczykami od kilku lata dwie firmy, Tri Alpha Energy i LPPFusion, pracują nad mini-reaktorami termojądrowymi, wykorzystującymi jako paliwo mieszankę wodorowo-borową (PB), która nie wytwarza neutronów. Zaangażował się w te projekty również Koncern Google, który opracowuje komputerowy algorytm Optometrist, mający zmniejszyć o połowę straty energii w reaktorze firmy Tri Alpha Energy.

Fuzja jądrowa na mieszance wodorowo-borowej (PB) jest trudniejsza do osiągnięcia niż fuzja deuter-tryt (DT) w tokamakach, bo wymaga o wiele wyższej temperatury. Firma Tri Alpha Energy spodziewa się, że temperatura plazmy w jej reaktorze osiągnie około 3 mld stopni Kelvina, czyli ponad dwieście razy więcej niż temperatura w środku Słońca. Firma Tri Alpha Energy i Google do opracowania reaktora fuzyjnego użyje superkomputera o mocy przetwarzania rzędu eksaflopsów i algorytmu Optometrist (obliczanie procesów stabilizacji plazmy).

Pogoń za wydajną i dającą się opanować fuzją termojądrową ma już długą historię. Naukowcy już wiele razy "witali się z gąską", aby potem roztrzaskać się o problemy, których nie umieli przezwyciężyć. Pozostaje więc, zachowując należy sceptycyzm, życzyć syntezie woworowo-borowej sukcesu. Przydałby się w tej dziedzinie.

Mirosław Usidus

Zobacz także:

Reaktory syntezy termojądrowej
Fuzja zimna i gorąca
Zimna fuzja czyli współczesna alchemia