Znanstvene ustanove po vsem svetu dosegajo pomembne preboje na področju nadzorovane jedrske fuzije
Za potek nadzorovane jedrske fuzije je ključnega pomena t.i. »trojni produkt«, ki pravi, da moramo fuzijsko gorivo pri zadostni gostoti in temperaturi zadrževati zadosti časa. Zadosti časa za kaj? Za to, da v gorivu poteče dovolj fuzijskih reakcij in iz njih dobimo dovolj energije za proizvodnjo elektrike ter pokrijemo porabo energije za gretje goriva. V fuzijskih reaktorjih na zemlji bo moralo gorivo, izotopa vodika devterij in tritij, dosegati temperaturo več kot 100 milijonov stopinj Celzija. Takrat je gorivo v stanju plazme. V zadnjih petdesetih letih je znanstvenikom uspelo ustvariti te rekordne temperaturne vrednosti, ne pa tudi plazme zadržati za dovolj časa. Najnovejši dosežki so manjši koraki k električni energiji iz praktično neomejenega vira.
Fuzija oziroma zlivanje atomskih jeder je dejansko motor, ki »poganja« zvezde, torej tudi naše Sonce. V Sončevem središču je temperatura 15 milijonov stopinj Celzija, zaradi česar je v stanju plazme. To pomeni, da je Sonce pravzaprav oblak plina, ki je segret na tolikšno temperaturo, da se elektroni zaradi neprestanih močnih trkov delcev med sabo niso sposobni vezati na jedro atoma. Opravka imamo torej z električno nabitima plinoma elektronov in jeder. Zaradi visoke temperature se Sončeva plazma želi raztegniti in pobegniti, vendar jo velikanska masa Sonca z gravitacijo zadržuje. To omogoča počasno, a konstantno fuzijsko reakcijo, katere rezultat je nepredstavljivo velika energija; na Soncu v eni sekundi »zgori« 600 milijonov ton goriva. Na podobnih principih delujejo tudi fuzijski reaktorji. V povsem zaprto posodo, v kateri je sprva visok vakuum, vpihujejo plin (devterij, tritij), ki ga ionizirajo, da nastane plazma. Plazmo potem s pomočjo ohmskega gretja, mikrovalov in vbrizgavanja hitrih nevtralnih delcev segrejejo na temperaturo več 10 milijonov stopinj Celzija. Ker se na Zemlji ne moremo zanesti na močno gravitacijsko polje, pa plazmo zadržujemo s pomočjo močnega magnetnega polja. Le-to prisili električno nabite delce, da se gibljejo okrog silnic magnetnega polja. Če uspešno zagotovimo pogojem temperature in gostote plazme ter časa zadrževanja, lahko poteče reakcija zlivanja. V raziskavah sicer prevladujejo eksperimentalni reaktorji, kjer ni cilj proizvajanje energije, pač pa učenje ustvarjanja čim boljših fuzijskih pogojev, zato v reaktor pogosto vpihujemo zgolj devterij, helij ali navaden vodik. Je pa znanstvenikom že leta 1991 v reaktorju JET v Veliki Britaniji uspelo proizvesti in zadržati pogoje s plazmo devterija in tritija in takrat smo prvič uspešno proizvedli večjo količino fuzijske energije. Trenutni rekord je 16 MW fuzijske moči, ki so ga dosegle leta 1997.
Glede na konfiguracijo in način ustvarjanja magnetnega polja ločimo dva tipa reaktorjev in sicer tokamake in stelaratorje. Reaktor JET je največji trenutno delujoči tokamak na svetu, poleg JET-a pa je na svetu še nekaj deset raziskovalnih tokamakov, predvsem v Evropi, ZDA, v Rusiji in na Japonskem.
Tovrstnim fuzijskim izzivom so se podali naproti tudi na Kitajskem, kjer je pred kratkim, po podatkih tamkajšnje Znanstvene akademije, plazemskim fizikom v tokamaku EAST uspelo doseči temperaturo približno 50 milijonov stopinj Celzija in zadržati oblak vroče plazme 102 sekundi. Tokamak EAST za zadrževanje plazme uporablja superprevodne magnete.
Nedavno so na nemškem Inštitutu Max Planck v Greifsswaldu dogradili stelarator Wendelstein 7-X, ki je največja tovrstna naprava na svetu. V decembru 2015 so v njem prvič ustvarili helijevo plazmo, v februarju 2016 pa jim je uspelo ustvariti vodikovo plazmo, segreto na temperaturo 80 milijonov stopinj Celzija in jo zadrževati četrt sekunde, za kar je skrbelo 425 ton superprevodnih magnetov.
Veliki preboj, ki ga znanstveniki čakajo, je dokaz, da je možno s pomočjo fuzijskih reaktorjev ustvariti več energije, kot jo vanj vložimo za gretje plazme, kar je temelj fuzijske elektrarne. To bomo lahko pokazali v mednarodnem reaktorju ITER, ki ga gradimo v Franciji in pri katerem sodelujejo največja gospodarstva sveta (EU, Rusija, ZDA, Japonska, Kitajska, J. Koreja in Indija). Zgrajen naj bi bil v prvi polovici prihodnjega desetletja. Do konca prihodnjega desetletja naj bi že dosegal rekordne vrednosti »trojnega produkta«.
Nadzorovana fuzija je izjemnega pomena za vse človeštvo, saj bomo, ko bomo zmogli obvladovati te procese, lahko ustvarili električno energijo iz skoraj neomejenega vira, vodika (oz. njegovih izotopov).
Preberite več o tej temi: eSvet vas seznani tudi s sončno energijo