Fuzja jądrowa: czy już blisko?

Synteza wielkich nadziei
Być może jeszcze w tym roku na Ziemi rozjarzą się miniaturowe Słońca. To nie przepowiednia astrologa, ale czysta fizyka.
Czy wyczekiwane od lat  opanowanie fuzji jądrowej natąpi wkrótce i to właśnie tutaj, w National Ignition Facility?
National Ignition Facility and Photon Science

Czy wyczekiwane od lat opanowanie fuzji jądrowej natąpi wkrótce i to właśnie tutaj, w National Ignition Facility?

W takim cylindrze o rozmiarach gumki do ołówka być może juz niebawem rozpocznie się fuzja termojądrowa.
National Ignition Facility and Photon Science

W takim cylindrze o rozmiarach gumki do ołówka być może juz niebawem rozpocznie się fuzja termojądrowa.

Ernest Lawrence i Edward Teller. Lata 50. XX wieku. Współtwórcy idei laserowej syntezy termojądrowej.
National Ignition Facility and Photon Science

Ernest Lawrence i Edward Teller. Lata 50. XX wieku. Współtwórcy idei laserowej syntezy termojądrowej.

Większość cząsteczek światła zwanych fotonami ma do wykonania dość trywialne zadania – na przykład oświetlić paprotkę, wzbudzić ten czy tamten atom. Są jednak fotony, jak te z eksperymentalnego reaktora National Ignition Facility (NIF) w Kalifornii, którym wyznaczono cele niezwyczajne. Zainicjują one procesy porównywalne tylko do zachodzących podczas Wielkiego Wybuchu, do gwałtownych zjawisk rozgrywających się we wnętrzach gwiazd czy jądrach planet.

Te cząsteczki zostaną powołane do życia we wnętrzu lasera zwanego Głównym Oscylatorem. Pobiegną do wzmacniaczy, w których ich energia wzrośnie biliard (milion miliardów) razy. Strumień światła zostanie też rozszczepiony na 192 wiązki, które – przekierowywane złożonym systemem zwierciadeł i soczewek – wpadną do wnętrza dziesięciometrowej, zbudowanej z metalu i betonu, sfery, przywodzącej na myśl pamiętną Gwiazdę Śmierci z „Gwiezdnych wojen”. Tam uderzą w dwumilimetrowej średnicy kapsułkę zamkniętą we wnętrzu cylinderka ze złota o rozmiarach gumki na końcu ołówka.

W sumie fotony pokonają półtora kilometra największej skonstruowanej kiedykolwiek instalacji optycznej, wypełniającej dziesięciopiętrowy budynek o powierzchni kilku boisk piłkarskich, największy w kompleksie Lawrence Livermore National Laboratory, gdzie znajduje się NIF. Ta szalona podróż potrwa jednak zaledwie 20 miliardowych części sekundy. Gdy dobiegnie końca, w tej krótkiej chwili, gdy energia światła laserowego stanie się porównywalna ze zużyciem energii elektrycznej w całej Europie czy USA, fala uderzeniowa wygeneruje we wnętrzu kuleczki warunki ekstremalne: ciśnienie 100 mld razy wyższe niż atmosferyczne i temperaturę 100 mln st. C, przewyższającą ciepłotę wnętrza Słońca. Wówczas to umieszczone w kuleczce atomy paliwa – deuteru i trytu (izotopy wodoru) – pokonają siły wzajemnego odpychania i wejdą w gwałtowną (acz krótkotrwałą, bo paliwa jest niewiele) reakcję syntezy. Połączą się ze sobą, tworząc jądro helu i wydzielając ogromną ilość energii. Jeśli wszelkie warunki określone przez ludzi, którzy to wszystko wymyślili, zostaną spełnione, i jeśli ci fizycy nie popełnili żadnego błędu w rachunkach, to 60 km na południowy wschód od San Francisco na ułamek sekundy zabłyśnie miniaturowa wprawdzie, ale najprawdziwsza gwiazda. A konkretnie – dojdzie do pierwszej, inicjowanej laserowo, kontrolowanej reakcji syntezy termojądrowej.

8 października 2010 r. przeprowadzono w Livermore pierwszą generalną próbę przed zapłonem. Osiągnięto moc bliską krytycznej. Podobno jeszcze w tym roku można się spodziewać pełnej realizacji opisanego scenariusza. Czyli jest świetnie. Albo niekoniecznie.

Emanacje entuzjazmu

Osiągający energię 1,8 MJ (megadżuli) laser z NIF to kolejny z wielkich projektów zakładających, że skoncentrowane wiązki światła mogą doprowadzić do zapłonu termojądrowego. Próby praktyczne wszystkich poprzednich dramatycznie rozminęły się z przewidywaniami teoretycznymi. Minęły się także z terminami, budżetami i normami ocen, przyjmowanymi powszechnie w projektach naukowych. Koszty instalacji z Livermore, szacowane na 200 mln dol., poszybowały do ponad 4 mld. Całość miała działać już 7 lat temu. Ale Amerykanie nie są wyjątkiem. Pod Bordeaux powstaje właśnie konstrukcja francuska, zwana Laser Mégajoule. Poza tym, że jest zbliżona pod względem technicznym i podobnie jak NIF spóźniona, wiadomo o niej bardzo niewiele. Krytycy – a jest ich wielu – twierdzą, że oba projekty są kolejnymi, skazanymi na niepowodzenie, emanacjami entuzjazmu wobec kontrolowanej syntezy termojądrowej, która ma swoje źródło w pierwszych sukcesach fizyki jądrowej połowy wieku ubiegłego.

Na pomysł, by do rozpoczęcia reakcji termojądrowej używać laserów, wpadli niemal równolegle wybitny radziecki fizyk jądrowy Andriej Sacharow oraz równie utalentowany Edward Teller, z pochodzenia Węgier, z wyboru Amerykanin. Odbyło się to niejako przy okazji badań nad bombą termojądrową, ponieważ zasada inicjowania reakcji jest, wbrew pozorom, jednakowa, z tym że w bombie paliwo podlegające syntezie sprężane jest przez efekty reakcji rozszczepienia jądrowego. Wtedy jednak, a było to tuż po II wojnie światowej, fizycy mieli co najmniej jeden zasadniczy problem, a był nim brak odpowiednio silnego źródła światła, czyli na przykład lasera. Kiedy jednak na przełomie lat 50. i 60. ten został wynaleziony, szybko zaczęto projektować pierwsze układy do badania kontrolowanej syntezy termojądrowej. Robili to także Europejczycy, ale z największym zapałem – potęgowanym przez antykomunistyczną paranoję Tellera i skupionego wokół niego środowiska fizyków – Amerykanie.

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną