Wys�ano dnia 02-06-2006 o godz. 12:00:00 przez pala2 658
 | W Brukseli największe kraje świata podpisały porozumienie o wspólnej budowie gigantycznego reaktora termojądrowego. Pod względem kosztów będzie to druga po międzynarodowej stacji kosmicznej inwestycja badawcza w dziejach ludzkości. I zarazem największa w historii Europy. |
Eksperymentalny reaktor o nazwie ITER (skrót od ang. International Thermonuclear Experimental Reactor) stanie na południu Francji, w miejscowości Cadarache około 50 km od Marsylii, a kraje Unii Europejskiej wyłożą połowę z 10 mld euro, jakie wstępnie przewidziano na budowę i eksploatację urządzenia.
Lokalizację reaktora uzgodniono już rok temu, jednak trzeba było jeszcze dogadać kwestie finansowe i prawne, w tym drażliwą sprawę własności intelektualnej setek nowatorskich rozwiązań technologicznych, które zostaną zastosowane w urządzeniu, przeprowadzić konsultacje społeczne, dogadać się w sprawie tego, kto będzie kierował badaniami w reaktorze.
Poza przedstawicielem Unii Europejskiej swoje podpisy pod umową złożą w Brukseli reprezentanci Rosji, USA i czterech państw azjatyckich: Japonii, Chin, Korei Południowej oraz Indii. Ten ostatni kraj dopiero kilka miesięcy temu zgłosił chęć uczestnictwa w termojądrowym eksperymencie, który - jeśli się powiedzie - otworzy drogę do zaspokojenia wszystkich potrzeb energetycznych świata przez setki lat. Udział w przedsięwzięciu rozważała też Kanada, ostatecznie jednak uznała, że miliard euro, jakie trzeba wnieść w wianie, to zbyt dużo.
- Do reaktora dołoży się więcej niż co drugi mieszkaniec Ziemi, w tym także polski podatnik. Zatem my także będziemy jego współwłaścicielami - podkreśla dr hab. Andrzej Gałkowski, dyrektor naukowy Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie. Od zeszłego roku koordynuje on jako szef polskiej Asocjacji Euratom udział naszych naukowców w europejskich badaniach nad pokojowym wykorzystaniem syntezy termojądrowej. Wiosną 2005 r. Polska przystąpiła bowiem do Europejskiego Porozumienia Rozwoju Fuzji Jądrowej (EFDA), organizacji, która w Europie patronuje budowie reaktora w Cadarache. Pod jej egidą działa też największy obecnie na świecie reaktor termojądrowy JET w Culham na południu Anglii, gdzie testuje się rozwiązania, które mają być zastosowane w reaktorze ITER. W tych eksperymentach mogą wreszcie uczestniczyć polscy fizycy i inżynierowie. Jest ich już około setki.
Gorąca zupa z plazmy
Synteza termojądrowa ogrzewa nas każdego dnia od wschodu do zachodu Słońca. Nasza gwiazda świeci bowiem dzięki temu, że w jej wnętrzu gotuje się gorąca plazma złożona z jąder wodoru - najlżejszego pierwiastka w naturze. Łączą się one ze sobą pod wpływem wysokich temperatur sięgających kilkunastu milionów stopni Celsjusza, w wyniku czego powstaje jądro helu. Podczas takich reakcji uwalnia się mnóstwo energii.
Jak przyrządzić taką plazmową zupę na Ziemi, fizycy wiedzą od ponad pół wieku. W przeszłości często korzystano z tej receptury, produkując bomby wodorowe. Niestety, uczeni mimo kilku dekad prób wciąż nie potrafią zbudować reaktora, który robiłby to samo co Słońce, czyli stale podgrzewał gęstą plazmę, pozyskując z niej energię. Obecnie działające urządzenia mogą pracować najwyżej przez kilka minut.
- To podstawowa różnica między tradycyjnymi reaktorami uranowymi a reaktorami wodorowymi - mówi Gałkowski. - W tych pierwszych reakcje rozszczepiania zachodzą niemal same, a główny kłopot to to, jak je hamować i zatrzymywać. W tych drugich jest odwrotnie - jądra wodoru odpychają się od siebie i trzeba olbrzymich temperatur, by je zmusić do połączenia.
Pierścień pełen energii
ITER ma być pierwszym w historii urządzeniem zdolnym do podtrzymania reakcji termojądrowej, takim małym słońcem na Ziemi, jak go reklamują uczeni. Jego najważniejszym elementem jest wielka komora w kształcie pierścienia, w której plazma zostanie rozgrzana do 100 mln stopni Celsjusza. Będzie tu więc znacznie cieplej niż na Słońcu, co przyspieszy tempo reakcji.
Ponieważ do podgrzania plazmy potrzeba mnóstwa energii, dotychczasowe reaktory termojądrowe więcej jej konsumowały, niż dostarczały. Najbardziej wydajny JET oddaje ponad dwie trzecie energii, którą dostał.
ITER ma to zmienić. Wedle obliczeń fizyków będzie wystarczająco duży, aby stać się producentem energii netto. Jego moc wyniesie 500 megawatów. W pierścieniowej komorze reaktora będą się ze sobą łączyć jądra deuteru i trytu - dwóch rzadkich izotopów wodoru. - Z takiej mieszanki uwalnia się najwięcej energii. Można też zderzać ze sobą jądra zwykłego wodoru czy tylko jądra deuteru, lecz wtedy zysk energetyczny jest dużo mniejszy i budowa elektrowni przestaje być opłacalna - wyjaśnia Gałkowski.
O ile deuter można łatwo pozyskać ze zwykłej wody, o tyle z trytem, który jest izotopem nietrwałym, są spore kłopoty. Wytwarza się go w niektórych tradycyjnych reaktorach z litu - najlżejszego ziemskiego metalu. Jednak w przypadku elektrowni termojądrowej, która musi pracować na okrągło, dostawy trytu z zewnątrz nie wchodzą w grę. Dlatego ITER musi go sobie sam wytworzyć. Będzie więc dość niezwykłym urządzeniem. Wyprodukuje nie tylko energię, ale także część paliwa dla siebie.
Dziesięć lat czekania
Najpierw jednak fizyków czeka mnóstwo pracy, a przedtem - dziesięć lat czekania, aż ITER będzie gotowy do pracy. Podpisywane dziś porozumienie zakłada bowiem, że budowa reaktora w Cadarache ruszy najpóźniej na początku 2007 r. i zakończy się w ciągu 10 lat.
Na razie tam, gdzie ma stanąć eksperymentalne urządzenie, rośnie zagajnik. Przeciwnicy reaktora, których nie brakuje, powiedzieliby złośliwie, że cała inicjatywa jest jeszcze w lesie. Zdaniem krytyków przeszkód na drodze do zbudowania pierwszej komercyjnej elektrowni termojądrowej jest tak dużo, że cel ten nigdy nie zostanie osiągnięty. Skończy się na tym, że uczeni otrzymają wyjątkowo kosztowną zabawkę do prowadzenia eksperymentów, które zapewne dostarczą sporo cennej wiedzy, lecz nie będą miały większego znaczenia praktycznego.
Gałkowski jest innego zdania, a zamiast słowa "problemy" woli używać terminu "wyzwania". - To prawda, że jest sporo niewiadomych, ale jeśli nie zbudujemy urządzenia takiego jak ITER, to nie zrobimy następnego kroku. Badania w działających obecnie reaktorach termojądrowych, a także modele komputerowe, między innymi opracowane przez moich kolegów z instytutu, wskazują, że jest to właściwa droga - przekonuje.
O fuzji wierszem
Fizycy plazmy wierzą, że ich badania mają sens. Mają poczucie misji. O energetyce opartej na syntezie termojądrowej piszą nawet wiersze:
(...) Bo gdy się tryt w hel połączy z deuterem
I strzeli wkoło neutronami
Wtedy rozpocznie to nową erę,
Której my właśnie będziemy twórcami (...)*
Strzelające neutrony w wierszu to nośnik energii uwolnionej w wyniku fuzji i zarazem jeden z większych kłopotów dla badaczy. Bombardują one bowiem ściany reaktora, niszcząc je i napromieniowując. Obecnie elementy konstrukcyjne pokrywa się rzadkimi metalami - berylem lub wolframem, jednak na dłuższą metę potrzebne będą nowe materiały, które wytrzymają długotrwałe działanie wysokich temperatur i zarazem nie ulegną szybko napromieniowaniu. Dziś takich materiałów nie ma.
Nie wiadomo też, z czego zbudować moduły, które będą odbierały od neutronów energię i przekazywały ją do turbin elektrycznych. Zagadką rozwiązaną tylko na papierze jest też produkcja trytu we wnętrzu reaktora. Jego źródłem ma być lit umieszczony w osłonie urządzenia, jednak czy to zadziała, pokażą dopiero testy w ITERZE.
Podobnych wyzwań jest przed fizykami mnóstwo. Kiedy już reaktor będzie gotowy, dostaną 25 lat (i pozostałe 5 mld euro) na ich pokonanie. Dyskusja, jak to zrobić, trwa nieustannie na łamach prasy naukowej. Jeśli eksperyment zakończy się sukcesem przed terminem, czego trzeba sobie życzyć, wtedy przyspieszona zostanie decyzja o wzniesieniu pierwszej, jeszcze prototypowej elektrowni termojądrowej. A potem będzie jak w wierszu:
(...) widmo kryzysu energetycznego
Już nie zagrozi nigdy ludzkości
Gdy wskutek wysiłku międzynarodowego
Powstanie bezpieczna energia przyszłości.*
Kiedy ta fascynująca wizja się spełni? Gałkowski: - Nieprędko. Mówimy o drugiej połowie XXI wieku.
*Fragmenty wiersza zamieszczonego na stronie Asocjacji Euratom - www.ipplm.pl. Autorem jest Paweł Gąsior z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy.
Lokalizację reaktora uzgodniono już rok temu, jednak trzeba było jeszcze dogadać kwestie finansowe i prawne, w tym drażliwą sprawę własności intelektualnej setek nowatorskich rozwiązań technologicznych, które zostaną zastosowane w urządzeniu, przeprowadzić konsultacje społeczne, dogadać się w sprawie tego, kto będzie kierował badaniami w reaktorze.
Poza przedstawicielem Unii Europejskiej swoje podpisy pod umową złożą w Brukseli reprezentanci Rosji, USA i czterech państw azjatyckich: Japonii, Chin, Korei Południowej oraz Indii. Ten ostatni kraj dopiero kilka miesięcy temu zgłosił chęć uczestnictwa w termojądrowym eksperymencie, który - jeśli się powiedzie - otworzy drogę do zaspokojenia wszystkich potrzeb energetycznych świata przez setki lat. Udział w przedsięwzięciu rozważała też Kanada, ostatecznie jednak uznała, że miliard euro, jakie trzeba wnieść w wianie, to zbyt dużo.
- Do reaktora dołoży się więcej niż co drugi mieszkaniec Ziemi, w tym także polski podatnik. Zatem my także będziemy jego współwłaścicielami - podkreśla dr hab. Andrzej Gałkowski, dyrektor naukowy Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie. Od zeszłego roku koordynuje on jako szef polskiej Asocjacji Euratom udział naszych naukowców w europejskich badaniach nad pokojowym wykorzystaniem syntezy termojądrowej. Wiosną 2005 r. Polska przystąpiła bowiem do Europejskiego Porozumienia Rozwoju Fuzji Jądrowej (EFDA), organizacji, która w Europie patronuje budowie reaktora w Cadarache. Pod jej egidą działa też największy obecnie na świecie reaktor termojądrowy JET w Culham na południu Anglii, gdzie testuje się rozwiązania, które mają być zastosowane w reaktorze ITER. W tych eksperymentach mogą wreszcie uczestniczyć polscy fizycy i inżynierowie. Jest ich już około setki.
Gorąca zupa z plazmy
Synteza termojądrowa ogrzewa nas każdego dnia od wschodu do zachodu Słońca. Nasza gwiazda świeci bowiem dzięki temu, że w jej wnętrzu gotuje się gorąca plazma złożona z jąder wodoru - najlżejszego pierwiastka w naturze. Łączą się one ze sobą pod wpływem wysokich temperatur sięgających kilkunastu milionów stopni Celsjusza, w wyniku czego powstaje jądro helu. Podczas takich reakcji uwalnia się mnóstwo energii.
Jak przyrządzić taką plazmową zupę na Ziemi, fizycy wiedzą od ponad pół wieku. W przeszłości często korzystano z tej receptury, produkując bomby wodorowe. Niestety, uczeni mimo kilku dekad prób wciąż nie potrafią zbudować reaktora, który robiłby to samo co Słońce, czyli stale podgrzewał gęstą plazmę, pozyskując z niej energię. Obecnie działające urządzenia mogą pracować najwyżej przez kilka minut.
- To podstawowa różnica między tradycyjnymi reaktorami uranowymi a reaktorami wodorowymi - mówi Gałkowski. - W tych pierwszych reakcje rozszczepiania zachodzą niemal same, a główny kłopot to to, jak je hamować i zatrzymywać. W tych drugich jest odwrotnie - jądra wodoru odpychają się od siebie i trzeba olbrzymich temperatur, by je zmusić do połączenia.
Pierścień pełen energii
ITER ma być pierwszym w historii urządzeniem zdolnym do podtrzymania reakcji termojądrowej, takim małym słońcem na Ziemi, jak go reklamują uczeni. Jego najważniejszym elementem jest wielka komora w kształcie pierścienia, w której plazma zostanie rozgrzana do 100 mln stopni Celsjusza. Będzie tu więc znacznie cieplej niż na Słońcu, co przyspieszy tempo reakcji.
Ponieważ do podgrzania plazmy potrzeba mnóstwa energii, dotychczasowe reaktory termojądrowe więcej jej konsumowały, niż dostarczały. Najbardziej wydajny JET oddaje ponad dwie trzecie energii, którą dostał.
ITER ma to zmienić. Wedle obliczeń fizyków będzie wystarczająco duży, aby stać się producentem energii netto. Jego moc wyniesie 500 megawatów. W pierścieniowej komorze reaktora będą się ze sobą łączyć jądra deuteru i trytu - dwóch rzadkich izotopów wodoru. - Z takiej mieszanki uwalnia się najwięcej energii. Można też zderzać ze sobą jądra zwykłego wodoru czy tylko jądra deuteru, lecz wtedy zysk energetyczny jest dużo mniejszy i budowa elektrowni przestaje być opłacalna - wyjaśnia Gałkowski.
O ile deuter można łatwo pozyskać ze zwykłej wody, o tyle z trytem, który jest izotopem nietrwałym, są spore kłopoty. Wytwarza się go w niektórych tradycyjnych reaktorach z litu - najlżejszego ziemskiego metalu. Jednak w przypadku elektrowni termojądrowej, która musi pracować na okrągło, dostawy trytu z zewnątrz nie wchodzą w grę. Dlatego ITER musi go sobie sam wytworzyć. Będzie więc dość niezwykłym urządzeniem. Wyprodukuje nie tylko energię, ale także część paliwa dla siebie.
Dziesięć lat czekania
Najpierw jednak fizyków czeka mnóstwo pracy, a przedtem - dziesięć lat czekania, aż ITER będzie gotowy do pracy. Podpisywane dziś porozumienie zakłada bowiem, że budowa reaktora w Cadarache ruszy najpóźniej na początku 2007 r. i zakończy się w ciągu 10 lat.
Na razie tam, gdzie ma stanąć eksperymentalne urządzenie, rośnie zagajnik. Przeciwnicy reaktora, których nie brakuje, powiedzieliby złośliwie, że cała inicjatywa jest jeszcze w lesie. Zdaniem krytyków przeszkód na drodze do zbudowania pierwszej komercyjnej elektrowni termojądrowej jest tak dużo, że cel ten nigdy nie zostanie osiągnięty. Skończy się na tym, że uczeni otrzymają wyjątkowo kosztowną zabawkę do prowadzenia eksperymentów, które zapewne dostarczą sporo cennej wiedzy, lecz nie będą miały większego znaczenia praktycznego.
Gałkowski jest innego zdania, a zamiast słowa "problemy" woli używać terminu "wyzwania". - To prawda, że jest sporo niewiadomych, ale jeśli nie zbudujemy urządzenia takiego jak ITER, to nie zrobimy następnego kroku. Badania w działających obecnie reaktorach termojądrowych, a także modele komputerowe, między innymi opracowane przez moich kolegów z instytutu, wskazują, że jest to właściwa droga - przekonuje.
O fuzji wierszem
Fizycy plazmy wierzą, że ich badania mają sens. Mają poczucie misji. O energetyce opartej na syntezie termojądrowej piszą nawet wiersze:
(...) Bo gdy się tryt w hel połączy z deuterem
I strzeli wkoło neutronami
Wtedy rozpocznie to nową erę,
Której my właśnie będziemy twórcami (...)*
Strzelające neutrony w wierszu to nośnik energii uwolnionej w wyniku fuzji i zarazem jeden z większych kłopotów dla badaczy. Bombardują one bowiem ściany reaktora, niszcząc je i napromieniowując. Obecnie elementy konstrukcyjne pokrywa się rzadkimi metalami - berylem lub wolframem, jednak na dłuższą metę potrzebne będą nowe materiały, które wytrzymają długotrwałe działanie wysokich temperatur i zarazem nie ulegną szybko napromieniowaniu. Dziś takich materiałów nie ma.
Nie wiadomo też, z czego zbudować moduły, które będą odbierały od neutronów energię i przekazywały ją do turbin elektrycznych. Zagadką rozwiązaną tylko na papierze jest też produkcja trytu we wnętrzu reaktora. Jego źródłem ma być lit umieszczony w osłonie urządzenia, jednak czy to zadziała, pokażą dopiero testy w ITERZE.
Podobnych wyzwań jest przed fizykami mnóstwo. Kiedy już reaktor będzie gotowy, dostaną 25 lat (i pozostałe 5 mld euro) na ich pokonanie. Dyskusja, jak to zrobić, trwa nieustannie na łamach prasy naukowej. Jeśli eksperyment zakończy się sukcesem przed terminem, czego trzeba sobie życzyć, wtedy przyspieszona zostanie decyzja o wzniesieniu pierwszej, jeszcze prototypowej elektrowni termojądrowej. A potem będzie jak w wierszu:
(...) widmo kryzysu energetycznego
Już nie zagrozi nigdy ludzkości
Gdy wskutek wysiłku międzynarodowego
Powstanie bezpieczna energia przyszłości.*
Kiedy ta fascynująca wizja się spełni? Gałkowski: - Nieprędko. Mówimy o drugiej połowie XXI wieku.
*Fragmenty wiersza zamieszczonego na stronie Asocjacji Euratom - www.ipplm.pl. Autorem jest Paweł Gąsior z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy.
| Komentarze |