Po prvi put u historiji, američki naučnici u Nacionalnom postrojenju za paljenje u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Livermore u Kaliforniji uspješno su proizveli nešto što se zove nuklearna fuzija koja je rezultirala neto dobitkom energije.
Očekuje se da će Ministarstvo energetike SAD službeno objaviti proboj danas.
Rezultat eksperimenta bio bi ogroman korak u višedecenijskoj potrazi za oslobađanjem beskonačnog izvora čiste energije. Ona bi mogla pomoći u okončanju ovisnosti o fosilnim gorivima.
Istraživači su decenijama pokušavali da rekreiraju nuklearnu fuziju – replicirajući energiju koja pokreće Sunce.
CNN dao odgovore na neka pitanja koja trebate znati o ovom novom obliku nuklearne energije.
Šta je nuklearna fuzija i zašto je važna?
Nuklearna fuzija je proces koji je napravio čovjek koji replicira istu energiju koja pokreće sunce. Nuklearna fuzija se događa kada se dva ili više atoma spoje u jedan veći. Taj proces koji generiše ogromnu količinu energije u obliku topline.
Naučnici širom svijeta desetljećima proučavaju nuklearnu fuziju, nadajući se da će je ponovo stvoriti s novim izvorom koji osigurava neograničenu energiju bez ugljika – bez nuklearnog otpada koji stvaraju trenutni nuklearni reaktori.
Projekti fuzije uglavnom koriste elemente deuterijum i tricijum – koji su oba izotopi vodonika.
Deuterijum iz čaše vode, sa malo dodatog tricijuma, mogao bi napajati kuću godinu dana. Tricijum je rjeđi i teže ga je dobiti, iako se može sintetički napraviti.
"Za razliku od uglja, potrebna vam je samo mala količina vodonika, a to je najzastupljenija stvar u svemiru", rekao je za CNN Julio Friedmann, glavni naučnik u Carbon Directu i bivši glavni energetski tehnolog u Lawrence Livermoreu.
“Vodonik se nalazi u vodi, tako da su stvari koje stvaraju ovu energiju divlje neograničene i čiste.”
Po čemu se fuzija razlikuje od nuklearne fisije?
Kada ljudi razmišljaju o nuklearnoj energiji, rashladni tornjevi i oblaci pečuraka mogu pasti na pamet. Ali fuzija je potpuno drugačija.
Dok fuzija spaja dva ili više atoma zajedno, fisija je suprotna; to je proces cijepanja većeg atoma na dva ili više manjih. Nuklearna fisija je vrsta energije koja danas pokreće nuklearne reaktore širom svijeta. Poput fuzije, toplina stvorena cijepanjem atoma također se koristi za stvaranje energije.
Nuklearna energija je izvor energije nulte emisije. Ali proizvodi isparljivi radioaktivni otpad koji se mora sigurno skladištiti i nosi sigurnosne rizike. Nuklearni kvarovi, iako rijetki, dešavali su se kroz historiju sa širokim i smrtonosnim rezultatima kao što su reaktori u Fukušimi i Černobilu.
Nuklearna fuzija ne nosi iste sigurnosne rizike, a materijali koji se koriste za njeno pokretanje imaju mnogo kraći poluživot od fisije.
Kako bi energija nuklearne fuzije mogla na kraju upaliti svjetla u vašoj kući?
Postoje dva glavna načina za stvaranje nuklearne fuzije, ali oba imaju isti rezultat. Spajanje dva atoma stvara ogromnu količinu topline, koja je ključ za proizvodnju energije. Ta se toplina može koristiti za zagrijavanje vode, stvaranje pare i okretanje turbina za proizvodnju energije – slično tome kako nuklearna fisija stvara energiju.
Veliki izazov iskorištavanja fuzijske energije je njeno održavanje dovoljno dugo da može napajati električne mreže i sisteme grijanja širom svijeta. Uspješan američki proboj je velika stvar, ali je još uvijek u daleko manjem obimu od onoga što je potrebno da se proizvede dovoljno energije za pokretanje jedne elektrane, a da ne govorimo o desetinama hiljada elektrana.
“Radi se o tome šta je potrebno da se prokuha 10 kotlića vode”, rekao je Jeremy Chittenden, ko-direktor Centra za studije inercijalne fuzije na Imperial Collegeu u Londonu. “Da bismo to pretvorili u elektranu, moramo ostvariti veći dobitak u energiji – potrebno nam je da bude znatno više.”
Zašto je važna predstojeća najava o reakciji fuzije koja rezultira neto dobitkom energije?
Ovo je prvi put da su naučnici ikada uspješno proizveli reakciju nuklearne fuzije koja je rezultirala neto dobitkom energije, umjesto da se prekine čak i kao što su to činili prošli eksperimenti.
Iako postoji još mnogo koraka dok ovo ne postane komercijalno održivo, za naučnike je od suštinske važnosti da pokažu da mogu stvoriti više energije nego što su započeli. Inače, nema mnogo smisla da se razvija.
"Ovo je veoma važno jer iz energetske perspektive, ne može biti izvor energije ako ne dobijate više energije nego što ulažete", rekao je Friedman za CNN. “Prijašnja otkrića bila su važna, ali to nije isto što i stvaranje energije koja bi se jednog dana mogla koristiti u većem obimu.”
Gdje se fuzija odvija?
Nekoliko projekata fuzije je u SAD, Ujedinjenom Kraljevstvu i Evropi. Francuska je dom Međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora, na kojem sarađuje trideset pet zemalja – uključujući glavne članice Kinu, Sjedinjene Države, Evropsku uniju, Rusiju, Indiju, Japan i Južnu Koreju.
U SAD se veliki dio posla odvija u Nacionalnom postrojenju za paljenje u Nacionalnoj laboratoriji Lawrence Livermore u Kaliforniji, u zgradi koja se prostire na tri fudbalska terena.
Projekt National Ignition Facility stvara energiju iz nuklearne fuzije onim što je poznato kao "termonuklearna inercijska fuzija". U praksi, američki naučnici ispaljuju pelete koje sadrže vodonično gorivo u niz od skoro 200 lasera, stvarajući u suštini seriju izuzetno brzih, ponovljenih eksplozija brzinom od 50 puta u sekundi. Energija prikupljena od neutrona i alfa čestica izdvaja se kao toplota.
U Velikoj Britaniji i projektu ITER u Francuskoj, naučnici rade s ogromnim mašinama u obliku krofni opremljenim ogromnim magnetima zvanim tokamak kako bi pokušali generirati isti rezultat. Nakon što se gorivo stavi u tokamak, njegovi magneti se uključuju i temperature unutar se eksponencijalno podižu kako bi se stvorila plazma.
Plazma treba da dostigne najmanje 150 miliona stepeni Celzijusa, 10 puta toplije od jezgra Sunca. Neutroni tada pobjegnu iz plazme, udarajući u "pokrivač" koji oblaže zidove tokamaka i prenoseći svoju kinetičku energiju kao toplinu.
Koji su sljedeći koraci?
Naučnici i stručnjaci sada moraju smisliti kako proizvesti mnogo više energije iz nuklearne fuzije u mnogo većem obimu.
U isto vrijeme, moraju smisliti kako na kraju smanjiti cijenu nuklearne fuzije kako bi se mogla komercijalno koristiti.
"Trenutno trošimo ogromnu količinu vremena i novca za svaki eksperiment koji uradimo", rekao je Chittenden. “Moramo smanjiti troškove za ogroman faktor.”
Naučnici će također morati prikupiti energiju proizvedenu fuzijom i prenijeti je u električnu mrežu kao električnu energiju. Bit će potrebne godine – a moguće i decenije – prije nego što fuzija bude u stanju da proizvede neograničene količine čiste energije. A naučnici su u trci sa vremenom u borbi protiv klimatskih promena.
"Ovo neće značajno doprinijeti smanjenju klime u narednih 20-30 godina", rekao je Friedmann. "Ovo je razlika između paljenja šibice i izgradnje gasne turbine."
