Synteza jądrowa - bliżej, ale nadal daleko

Synteza jądrowa - bliżej, ale nadal daleko

Od lat naukowcy starają się opracować rozwiązania technologiczne pozwalające na wykorzystanie procesu syntezy jądrowej jako źródła energii. Najnowsze rozwiązania, nad którymi trwają właśnie prace badawcze, wśród nich opracowana przez naukowców z Sandia National Laboratories (USA) konstrukcja, mogą w przyszłości przybliżyć syntezę jądrową do praktycznych zastosowań.

Zdaniem wielu synteza jądrowa łączy zalety produkcji energii za pomocą przemiany jądrowej z bezpieczeństwem jakie dają technologie konwencjonalne. Z 1 kg paliwa termojądrowego można wyprodukować taką samą ilość energii, jak z 10 mln kg paliw kopalnych. Syntezie jądrowej nie towarzyszy reakcja łańcuchowa, nie powstają pierwiastki należące do promieniotwórczej grupy aktynowców, a ewentualna radiotoksyczność odpadów zanika bardzo szybko.

Na drodze do praktycznego wykorzystania procesu syntezy jądrowej na skalę masową wciąż stoją dwie poważne przeszkody techniczne. Pierwsza to ogromna temperatura rzędu 100 mln stopni Celsjusza, jaka wytwarza się podczas zachodzenia reakcji termojądrowej. Druga to konieczność ciągłego dostarczania wystarczającej energii do zapalania tzw. pastylki paliwowej tak, aby zapewnić nieprzerwaną dostawę energii cieplnej generującej parę, która następna napędza turbiny.

Jednym z możliwych rozwiązań problemu wysokiej temperatury koniecznej do wytworzenia ultra gorącej plazmy jest przeprowadzenie reakcji w polu magnetycznym, dzięki czemu ciepło nie będzie miało styczności ze ścianami zbiornika reaktora. Nad takim rozwiązaniem pracuje właśnie międzynarodowy zespół badawczy, a efekty jego pracy mają być widoczne za około 10 lat w postaci eksperymentalnego urządzenia.

Natomiast problem odpowiedniej ilości energii wymaganej do podtrzymania procesu był przedmiotem badań naukowców z Sandia National Laboratories, którzy we współpracy z uczonymi z Institute of High Current Electronics w Tomsku (Rosja) opracowali transformator liniowy charakteryzujący się niską indukcyjnością pozwalającą na generowanie w 10-cio sekundowych odstępach czasowych bardzo krótkich impulsów elektrycznych o długości trwania rzędu 100 nanosekund.

Podstawą konstrukcji jest wyłącznik sprzężony z dwoma kondensatorami magazynującymi energię, która następnie jest uwalniana w krótkich impulsach elektrycznych. Gabarytami wyłącznik przypomina pudełko po butach. Jednostka składająca się z 20 tego typu urządzeń ułożonych na okrągłej platformie i połączonych ze sobą jest w stanie wytworzyć impuls elektryczny o natężeniu 0,5 megaamperów pod napięciem 100 kV. Ponieważ moduły mogą być układane jeden na drugim i łączone w jeden system, być może naukowcom uda się osiągnąć poziom ok 60 MA i 6 MV. Powinno to wystarczyć do przeprowadzenia procesu syntezy jądrowej o wydajności pozwalającej na komercyjne zastosowanie w elektrowniach.

Koliste ułożenie kondensatorów zapobiega powstawaniu pól magnetycznych, które mogłyby zwolnić przepływ prądu, co było największym problemem wszystkich urządzeń tego typu skonstruowanych do tej pory. Kształt urządzenia pozwala również na umieszczenie wewnątrz pastylki paliwowej. Zdaniem konstruktorów impulsy elektryczne generowane przez taki system mogą dostarczyć więcej mocy niż wytwarzają wszystkie elektrownie w Stanach Zjednoczonych, jednak opracowanie takiego systemu może zająć jeszcze 30 lat. Wraz z nową konstrukcją pojawia się jednak problem zbudowania elektrowni o odpowiednio wytrzymałej strukturze, która mogłaby wytrzymać powtarzające się co 10 sekund eksplozje.

(au)