Jak na Słońcu

Rachunek jest prosty. Ludzie zużywają coraz więcej energii, a zapasu kopalin w złożach jest coraz mniej. Zwiedziłem francuski ośrodek Cadarache, gdzie powstaje największy na świecie tokamak. Nadzieja na czyste i niewyczer­pywalne źródło energii.

Tokamak to urządzenie, w którym zachodzą reakcje fuzji jądrowej. Małe atomy w ekstremalnych warunkach łączą się w większe. W tym procesie wydzielają się ogromne ilości energii. Dokładnie tak jak na Słońcu i we wszystkich gwiazdach. Fuzja jądrowa to coś, co dostarcza gwiazdom energii. Sposób sprawdzony od miliardów lat.

Po co to komu?

Po co szukać nowych źródeł energii, skoro jest wiatr, Słońce, jest węgiel i gaz łupkowy? Zacznijmy od końca. Szacunki podają, że Polska ma sporo gazu w pokładach skał łupkowych. Nawet gdyby się sprawdziły, nasze potrzeby energetyczne mogłyby być zabezpieczone, ale co z tymi, którzy gazu nie mają? Na wiatr czy energię słoneczną nie można liczyć, poza pewnymi wyjątkami. Energia atomowa? Jest najtańsza i najmniej oddziałuje na środowisko, ale nie jest bez wad. W trakcie procesu rozszczepienia powstaje bowiem niewielka ilość odpadów radioaktywnych. Warto więc pracować nad nowymi źródłami. Po to, by w energetyce nowa technologia weszła do powszechnego użytku, potrzeba dziesiątek lat. Im wcześniej zaczniemy, tym dla nas lepiej. We Francji właśnie budowany jest reaktor, który – jeżeli wszystko się powiedzie – będzie ostatnim reaktorem eksperymentalnym tego typu. Po nim będzie się już budowało urządzenia komercyjne, produkujące prąd elektryczny. Ten reaktor to właśnie tokamak.

Jak to działa?

W reakcji syntezy jądrowej energia powstaje w czasie łączenia się jąder lekkich pierwiastków w jądra pierwiastków cięższych. Nie jest to proste do przeprowadzenia. Jądra atomowe mają ładunek elektryczny dodatni, a to oznacza, że nawzajem się odpychają (tym mocniej, im są bliżej). Jak w takim razie zmusić je do połączenia? Jedyny sposób to siła. We wnętrzu Słońca temperatura osiąga wartość ok. 15 mln stopni i ciśnienie 100 tys. atmosfer. Na Ziemi nie jesteśmy w stanie stworzyć takich warunków. Szczególnie tak wysokiego ciśnienia. W urządzeniach, w których bada się reakcje syntezy jądrowej – zwanych tokamakami – panuje znacznie mniejsze ciśnienie, ale za to znacznie wyższa temperatura. Może ona dochodzić nawet do 100 mln stopni (w największym europejskim reaktorze JET ta temperatura może wynosić nawet 300 mln stopni). Tak niewyobrażalnie wysoką temperaturę ma właśnie gorąca plazma. Tokamak to urządzenie wytwarzające plazmę przez jonizację gazu. Po polsku powinien być nazywany układem pinchu (czyt. pinczu) toroidalnego. Pinch to warkocz, czy raczej sznur plazmy, znajdujący się w komorze o kształcie opony samochodowej, czyli inaczej torusa. Tokamaki są największą nadzieją wierzących w przydatność reakcji syntezy jądrowej w ziemskich warunkach. Główną ich częścią jest potężny transformator. Stanowi on rdzeń, dookoła którego „owinięta” jest komora wypełniona gazem w kształcie pierścienia. Pole elektryczne pochodzące z transformatora w zjonizowanym gazie powoduje powstanie prądu elektrycznego. W wyniku tego w pierścieniu następują wyładowania elektryczne. Efektem tych wyładowań jest z kolei jeszcze większa jonizacja gazu i jego ogrzanie. Cały proces trwa tak długo, aż wytworzy się w pierścieniu gorąca plazma. Jest ona utrzymywana tylko dzięki wysokiemu polu magnetycznemu. W takich ekstremalnych warunkach jądra atomów wodoru łączą się w jądra atomów helu. W czasie tego łączenia „na siłę” część ich masy jest zamieniona w energię (E=mc2). Wyzwaniem jest zamiana tej energii w energię elektryczną. Gdyby to się udało i gdyby możliwe było utrzymanie i pełna kontrola reakcji fuzji jądrowej, posiadalibyśmy praktycznie nieograniczone źródło czystej energii. Reaktor mógłby być napędzany wodorem pobieranym z wody morskiej. Dokładne szacunki mówią, że wodór odzyskany z jednego litra wody dałby tyle energii, co spalenie około 300 litrów benzyny. Tylko że na razie reakcje fuzji jądrowej udaje się przeprowadzić jedynie w skali modelowej. Najdłużej dotychczas udało się utrzymać i kontrolować reakcję fuzji jądrowej w potężnym tokamaku JET w Wielkiej Brytanii przez dwie godziny (9 listopada 1991 r.).

«« | « | 1 | 2 | » | »»

aktualna ocena |   |
głosujących |   |
Ocena | bardzo słabe | słabe | średnie | dobre | super |

  • Jan Wojewoda
    23.10.2011 20:52
    Cieszę się, że o tym Pan pisze.
    Jedna uwaga. W Cadarache jest rzeczywiście francuski ośrodek nuklearny, jednak ten o którym Pan pisze, ITER, jest programem międzynarodowym. Decyzja jego umieszczenia właśnie tam, nie była jednoznaczna i rozważano też inne miejsca, m. in. w Japonii.
Dodaj komentarz
Gość
    Nick (wymagany lub )

    Autopromocja