Przełom w syntezie jądrowej w kontekście

W zeszłym miesiącu National Ignition Facility w Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) w Kalifornii ogłosił znaczący przełom w badaniach nad syntezą jądrową. Od tego czasu wiele osób pytało mnie, co naprawdę oznacza ten przełom.

Najpierw omówmy podstawy syntezy jądrowej. Dzisiejsze elektrownie jądrowe opierają się na rozszczepieniu jądrowym, które polega na rozszczepieniu ciężkiego izotopu, takiego jak uran-235, na dwa mniejsze izotopy. (Izotopy to po prostu różne formy pierwiastka).

Mówiąc prościej, rozszczepienie jądrowe jest jak wystrzelenie maleńkiej kuli w środek izotopu, co powoduje, że staje się on niestabilny i rozszczepiony. Kiedy się rozdziela, uwalnia ogromną ilość energii (masa i energia są powiązane słynnym równaniem Einsteina E = Mc²). Energię tę można następnie zamienić na energię elektryczną.

Jednak jednym z głównych zarzutów wobec rozszczepienia jądrowego jest to, że produkty uboczne rozszczepienia są wysoce radioaktywne, a wiele z nich jest długowiecznych. Innymi słowy, stanowią zagrożenie dla życia, jeśli nie są odpowiednio traktowane. Te radioaktywne produkty uboczne są powodem, dla którego niektórzy sprzeciwiają się energii jądrowej.

Fuzja jądrowa, która jest źródłem energii dla gwiazd takich jak nasze Słońce, jest inna. Fuzja powoduje, że mniejsze izotopy łączą się, tworząc większe izotopy. Zwykle polega to na łączeniu izotopów wodoru — najmniejszego pierwiastka — w celu utworzenia helu. Ta reakcja uwalnia jeszcze więcej energii niż reakcja rozszczepienia, ale co ważniejsze, nie wytwarza żadnych długoterminowych radioaktywnych produktów ubocznych. Dlatego fuzja jądrowa jest często nazywana „świętym Graalem” produkcji energii.

Więc w czym problem? Te małe izotopy wodoru są bardzo odporne na syntezę. Potrzeba ogromnego ciśnienia i wysokich temperatur (takich jak słońce), aby zmusić je do stopienia. To bardzo różni się od rozszczepienia jądrowego, które zachodzi stosunkowo łatwo. Tak więc, chociaż syntezę jądrową można osiągnąć w broni jądrowej, naukowcy spędzili dziesięciolecia próbując stworzyć kontrolowaną reakcję syntezy jądrowej, która mogłaby zostać wykorzystana do produkcji energii.

Na przestrzeni lat ogłoszono wiele „przełomów”. W zeszłym miesiącu ogłoszono, że po raz pierwszy naukowcy uzyskali więcej energii z procesu syntezy jądrowej, niż musieli włożyć. Wcześniejsze wysiłki, które doprowadziły do ​​syntezy jądrowej, wymagały większego wkładu energii niż wyprodukowana reakcja syntezy jądrowej.

Oznacza to więc znaczący przełom. Ale jak blisko jesteśmy opracowania komercyjnych reaktorów termojądrowych?

Oto analogia, której użyłem, aby umieścić to w kontekście. Na drodze do komercyjnych podróży lotniczych było wiele kamieni milowych. Bracia Wright wykonali pierwszy w historii udany lot z napędem w grudniu 1903 roku. Do pierwszego lotu transatlantyckiego minie kolejne 16 lat. Ale pierwszy komercyjny samolot pasażerski, który odniósł duży sukces, Boeing 707, został wprowadzony dopiero w 1958 roku.

Od dawna żartowano, że komercyjna synteza jądrowa nastąpi za 30 lat. W rzeczywistości oznacza to po prostu, że wciąż nie widzimy pełnej ścieżki prowadzącej do celu. Niedawny przełom jest z pewnością kamieniem milowym na drodze do komercyjnej syntezy jądrowej. Ale być może jeszcze 30 lat dzieli nas od komercyjnej realizacji syntezy jądrowej.