Kontrolowana reakcja fuzji jądrowej od dekad była Świętym Graalem fizyków i energetyków z całego świata. Udane próby rozpalenia sztucznych słońc mają za sobą Amerykanie, Chińczycy, ale także Europejczycy z podgenewskiego laboratorium CERN. Wszystkie dotychczasowe próby były w mniejszym lub większym stopniu skuteczne (czyli sztuczne słońca udało się rozpalić, jednak reakcje fuzji trwały zbyt krótko, żeby móc myśleć o ich komercyjnym wykorzystaniu), ale tylko południowi Koreańczycy szykują się do zbudowania elektrowni zasilanej najczystszą znaną ludzkości energią. Ich wieloletnie badania doprowadziły do niemal pełnego kontrolowania reakcji fuzji, bijąc nie tylko naukowe rekordy, ale przede wszystkim okiełznania dotychczas niemożliwej rzeczy, czyli podtrzymania reakcji i kontrolowania długości jej trwania. Koreańczycy utrzymywali reakcję fuzji przez niemal minutę (48 sekund) i zapowiadają, że następnym krokiem w badaniach będzie 300-sekundowa reakcja z jej precyzyjnym zakończeniem przez inżynierów energetyków.
 

Koreańska gwiazda

Dzisiaj nie ma mieszkańca Seulu, który nie wiedziałby, jak nazywa się największy koreański reaktor fuzyjny – to KSTAR, pochodzący z języka angielskiego akronim oznaczający koreańską gwiazdę (K – Korean, Star – gwiazda). Nie ma też mieszkańca tego kraju, który nie znałby nazwiska Si-Woo Yoon, dyrektora KSTAR Research Center, który w ciągu kilku dni stał się gwiazdą przyćmiewającą swoją popularnością niejedną gwiazdę k-popu, czyli popularnej nie tylko w Korei muzyki, za której gwiazdami szaleją nastolatki na całym świecie. 

KSTAR jest potężnym generatorem najbardziej fundamentalnej reakcji w kosmicznej fizyce, czyli łączenia lekkich jąder atomu wodoru w nieco cięższe atomy helu. Do przeprowadzenia takiej reakcji są potrzebne warunki, których jeszcze na początku tego tysiąclecia ludzkość nie była w stanie spełnić – temperatura i ciśnienie takie, jakie panują w gwiazdach, choćby w takiej, jak nasze rodzime Słońce (przynajmniej od 10 miliardów lat oświetlające i ogrzewające nie tylko naszą planetę, ale cały Układ Słoneczny, którego ostatnia planeta znajduje się 40 razy dalej niż Ziemia). W Słońcu wciąż zachodzą reakcje fuzji jąder wodoru, ale kiedy wyczerpie się paliwo wodorowe, w gwieździe rozpocznie się reakcja łączenia atomów helu w atomy węgla – to będzie początek końca naszej gwiazdy dziennej (końca oczywiście w astronomicznej skali czasu, bo będzie to trwało kolejne kilka miliardów lat), ale z pewnością koniec życia na Ziemi. Słońce rozrośnie się bowiem do takich rozmiarów, że nasza planeta zostanie w końcu przez nie pochłonięta. 

To też wiedza, którą dzięki opisywanym w codziennych mediach sukcesach koreańskiej fizyki jądrowej ma dzisiaj niemal każde dziecko w tym kraju. Na razie jednak Koreańczycy skupieni są na tym, żeby rozpocząć niekończącą się w sposób naturalny fuzję jąder wodoru i móc w każdej chwili panować nad taką reakcją. Poziom złożoności problemu widać wyraźnie, kiedy spojrzymy na liczby – w koreańskim tokamaku (typ reaktora w kształcie walca lub kuli, gdzie plazma utrzymywana jest w środku dzięki niewyobrażalnie silnym polom elektromagnetycznym) panuje taka temperatura, jak we wnętrzu Słońca – około 100 milionów stopni Celsjusza! Żeby reakcja zachodziła w sposób ciągły, trzeba jej dostarczać paliwa (w tym przypadku wodoru), co przy takich wartościach nie jest wcale łatwe – technologia, którą dysponujemy, nie pozwala na tworzenie materiałów wytrzymujących takie wartości temperatur. 
 

Okiełznać 100 milionów stopni

Jak w takim razie osiągnęli to Koreańczycy? Szczegóły są oczywiście ich pilnie strzeżoną tajemnicą. Na potrzeby potwierdzenia ich naukowych osiągnięć zespół Si-Woo Yoona ujawnił tylko, że strategiczna część reaktora została zbudowana z wolframu – to metal, jeden z najcięższych na Ziemi, który znamy z żarówek starego typu, gdzie światło wytwarzane jest przez podgrzewanie wolframowego drucika. 

– Pomimo że jest to pierwszy eksperyment przeprowadzony z wolframowymi dywertorami, dokładne testy sprzętu i kampania przygotowawcza pozwoliły nam na uzyskanie w krótkim czasie rezultatów lepszych niż przy ostatnim rekordzie – ujawnia Si-Woo Yoon, dyrektor KSTAR Research Center. – Jednak aby osiągnąć ostateczny cel działania KSTAR, planujemy kolejno zwiększać siłę ogrzewania i moc urządzeń napędzających plazmę, jak również wdrożyć kluczowe technologie potrzebne do uzyskania długich pulsów działania plazmy.
Następnym krokiem koreańskich naukowców ma być reakcja o długości 300 sekund przy temperaturze plazmy ponad 100 mln stopni. Żeby to osiągnąć, nie niszcząc urządzenia w tokamaku, muszą być zamontowane wolframowe powierzchnie kontaktujące się z plazmą, całość urządzenia będzie zaś kontrolowana i pilotowana przez sztuczną inteligencję stworzoną specjalnie do tego programu. Jego finałem ma być uruchomienie pierwszej demonstracyjnej elektrowni fuzyjnej DEMO – elektrowni, która pozwoli Koreańczykom dostarczyć energię – niemal darmową z perspektywy komercyjnych i prywatnych odbiorców – dla całego kraju. Z czasem Korea Południowa zamierza sprzedawać nadwyżki energii, po cenach nieco niższych niż obecne komercyjne, ale pozwalających rządowi w Seulu zakładać, że kraj w niedługim czasie może stać się najbogatszym państwem w Azji. 

Czytaj także: Amerykanie nałożą sankcje na izraelski batalion
 

Najczystsza energia 

Na czym polega fenomen takiego nieograniczonego i czystego źródła energii? Fuzja jądrowa jest jednym z najbardziej obiecujących sposobów generowania dużych ilości bezemisyjnej energii w przyszłości. To proces, w którym jądra atomowe zderzają się ze sobą, ulegając syntezie i uwalniając przy tym gigantyczną (większą niż w przypadku rozpadu jąder ciężkich atomów, co występuje w obecnie działających elektrowniach atomowych) energię. Aby ją uzyskać, należy podgrzać gaz złożony z dwóch izotopów wodoru, deuteru i trytu do wysokiej temperatury rzędu 100 mln stopni Celsjusza (po uruchomieniu reaktora reakcja zaczyna „podgrzewać” się sama). 

Elektrownie wykorzystujące zjawisko syntezy jądrowej będą bezkonkurencyjne na wielu płaszczyznach – przede wszystkim będą stuprocentowo bezemisyjne, bo jedynym produktem ubocznym reakcji jest niewielka ilość helu, który jest gazem szlachetnym i nie wpływa w żaden sposób na zanieczyszczenie powietrza. Również paliwo jest w tym wypadku bajecznie tanie i łatwe w pozyskaniu – deuter można ekstrahować z wody (również z morskiej), a tryt jest wytwarzany z litu, który znajduje się w skorupie ziemskiej. Jeden kilogram paliwa termojądrowego może zapewnić taką samą ilość energii jak... 10 milionów kilogramów paliwa kopalnego. W przypadku tej elektrowni nie ma również mowy o zagrożeniu radioaktywnym – do uzyskiwania energii potrzebne są niewielkie ilości paliwa, mowa jest o paliwie o masie… znaczka pocztowego. Przy takiej skali nie ma mowy o wypadku jądrowym na wielką skalę. Faktycznym kosztem jest jedynie budowa samej elektrowni i postawienie systemów komputerowych zapewniających jej obsługę. Obsługę, która w znacznym stopniu będzie zautomatyzowana, co również istotnie obniża koszty. 
 

Koreańczycy wygrywają wyścig

Pierwszą udaną i w części kontrolowaną reakcję fuzji jądrowej przeprowadzili Amerykanie dwa lata temu. I choć był to sukces w obszarze rozwoju energetyki, amerykański departament energii przewidywał, że komercyjne wykorzystanie fuzji będzie możliwe dopiero w perspektywie dwóch dekad. Koreański sukces znacznie przyspiesza dostęp ludzkości do tego w praktyce nieograniczonego źródła. Koreański rząd zapowiada jednak, że będzie pilnował swojej technologii, nie ukrywając, że nowe elektrownie mogą się stać dla kraju dźwignią do budowy pozycji największego mocarstwa energetycznego świata. To oczywiście nie oznacza, że sukces Seulu nie zostanie powtórzony przez amerykańskich i europejskich fizyków, choć wówczas może już podlegać ochronie międzynarodowego prawa patentowego. Jednak bez względu na to, kto pierwszy zbuduje elektrownię fuzyjną, ludzkość wkroczyła w nowy etap swojego rozwoju – etap energii pozyskiwanej niemal zupełnie bezkosztowo.

Czytaj także: CPK prawdopodobnie nie powstanie, ale Polacy wesprą niemieckie lotnisko

Nowy numer

Tekst ukazał się w nowym numerze „Tygodnika Solidarność” dostępnym już od środy w kioskach. 

Chcesz otrzymywać „Tygodnik Solidarność” prosto do swojego domu lub zakładu pracy? Zamów prenumeratę <TUTAJ>

Najnowszy numer „Tygodnika Solidarność” – Zielona terapia szokowa. Dlaczego Zielony Ład jest tak niebezpieczny?https://t.co/q5oBFqWnvX pic.twitter.com/567jIK86x2

— Tygodnik Solidarność (@Tysol) April 15, 2024