Bezgranična, besplatna energija dugo je vremena bila sveti gral znanosti i čovječanstva, ali možda neće još dugo biti tako. Štoviše, prije nekoliko tjedana nuklearni fizičari sa sveučilišta MIT u SAD-u primaknuli su ljudski rod nikad bliže tome, piše Slobodna Dalmacija.
Odakle nam ta beskonačna energija? Odgovor – odasvud. No, vratit ćemo se na to. Prvo, valja nam objasniti što su to točno postigli vrijedni znanstvenici s MIT-a koristeći Alcator C-Mod tomakak reaktor nuklearne fuzije (značenje pojma "tomakak" pogledajte u okviru).
U njemu je, naime, postignut dosad nezabilježen tlak. Preciznije, znanstvenici su sabili plazmu na čak 2,5 atmosfere, što je 15 posto više od prijašnjeg rekorda zabilježenog još 2005. godine. Samim tim čovječanstvo je napravilo golem korak ka praktičnoj upotrebi nuklearne fuzije kao neograničenog izvora energije.
Pojednostavljeno – što je tlak veći i što su temperature veće, dolazi do fuzije, a fuzija je ključ svega, kako nam je objasnio prof. dr. sc. Dragan Poljak sa splitskog FESB-a.
Nema radioaktivnosti
– Fuzija je fenomen zasnovan na nuklearnoj reakciji spajanja lakših jezgara u teže. Pri tom procesu atomske su jezgre pozitivno nabijene i odbijaju se, a njihovo fuziranje moguće je jedino ako se sudare dovoljno brzo kako bi se prevladala odbojna električna sila. Pri ovom procesu oslobađa se enormna količina energije – objasnio je prof. Poljak.
A upravo to oslobađanje goleme energije, smatraju mnogi znanstvenici, uključujući i profesora Poljaka, ključ je napajanja ljudskih potreba za energijom u budućnosti.
– Smatra se da će u dva iduća stoljeća izvori fosilnoga goriva, pomoću kojih se danas zadovoljava oko 80 posto energetskih zahtjeva čovječanstva, biti gotovo iscrpljeni. Štoviše, predviđa se udvostručenje potrebe čovječanstva za energijom već polovinom 21. stoljeća.
Drugi veliki problem s izvorima fosilnih goriva je njihov štetan učinak na okoliš. Značajan dio međunarodne znanstvene zajednice smatra da bi energija dobivena termonuklearnom fuzijom bila jeftina, pouzdana i ekološki prihvatljiva alternativa konvencionalnim izvorima energije – rekao je Poljak.
Kako je fuzija, i to ona nuklearna, odjednom ekološki prihvatljiva? Pa zar nisu nuklearne elektrane potencijalno jedni od najvećih zagađivača okoliša? Černobil? Fukušima!? No, ljepota nuklearne fuzije je u tome što njezino gorivo nije radioaktivno kao ono koje se koristi u tradicionalnim nuklearnim elektranama.
Tu se vraćamo na početak teksta. Tog goriva, naime, ima svuda oko nas, i to u – vodi. Riječ je o vodiku, točnije, o njegovim egzotičnim inačicama.
– Gorivo fuzijskog reaktora, u smislu izotopa vodika – deuterija i tricija – nalazi se u vodi. To su de facto neograničeni resursi, što je zaista velika nada za budućnost našeg planeta u smislu zadovoljavanja potreba za energijom suvremenog društva.
Za usporedbu, iz jedne litre morske vode može se proizvesti energije kao iz 300 litara benzina. Obilje deuterija i litija podrazumijeva da opskrba fuzijskih reaktora gorivom ne bi trebala biti problem za tisuće, pa i za desetke tisuća godina – kazao je dr. sc. Poljak, dodajući kako će ogromna energija koja se oslobađa fuzijskim reakcijama omogućiti da fuzija postane primarni izvor energije u svijetu, čak nadomještajući i sve postojeće fisijske nuklearne elektrane.
– Moguće je da fuzija jednom zamijeni i sve ostale izvore energije koji zagađuju okoliš stakleničkim plinovima i ugljikovim dioksidom – smatra splitski znanstvenik.
I što čekamo s realizacijom nuklearne fuzije? Zašto već po svijetu ne postoji gomila tomakak reaktora? Tu, pak, dolazimo do najvećeg problema tog atomskog procesa dobivanja energije – njegove realizacije. Naime, da bi se fuzija dogodila, potrebno je na Zemlji oponašati uvjete koji se mogu naći jedino unutar kakve zvijezde, kao što je naše Sunce.
Inženjerski pothvat
– Ovaj bi se proces u termonuklearnim elektranama trebao odvijati u kontroliranim uvjetima, a zbog ogromne temperature koju zahtijeva fuzija jezgara u zemaljskim uvjetima, kontrolirana fuzija nedvojbeno je iznimno složen inženjerski problem.
Kako je brzina čestica u korelaciji s temperaturom, nužna je temperatura od oko 200 milijuna Celzijevih stupnjeva, na kojoj se atomi raspadaju na jezgre i elektrone, formirajući tako mješavinu nabijenih čestica koje se naziva plazmom. Dodatni inženjerski izazov je zahtjev da vruća fuzijska plazma ne dođe u kontakt sa zidom reaktora, što se postiže pomoću jakog magnetskog polja.
Važno je naglasiti da je fuzija u tehničkom smislu danas u svojoj razvojnoj fazi – početak rada tehnički pouzdanog i ekonomski relativno isplativog prototipa fuzijske elektrane očekuje se polovinom 21. stoljeća – objasnio nam je prof. dr. sc. Poljak, koji je i sam uvelike uključen u realizaciju spomenutog isplativog prototipa. Njegova istraživačka grupa s FESB-a, naime, sudjeluje u projektu ITER.
– Konstrukcija Međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora (engl. ITER 0 International Thermonuclear Experimental Reactor), čija je lokacija na jugu Francuske u Cadaracheu, blizu Marseillesa, zajednički je projekt EU-a, SAD-a, Rusije, Indije, Japana i Koreje i vrijedan je 13 milijardi eura, od čega EU financira čak pola iznosa.
ITER bi trebao biti najnapredniji eksperimentalni fuzijski reaktor u svijetu, a svrha mu je demonstrirati izvedivost uređaja za fuzijsku energiju na industrijskoj skali, odnosno postići tzv. samogoruću plazmu, pri čemu se samozagrijavanje postiže energijom fuzijskih reakcija po uzoru na način na koji se energija stvara na Suncu.
Potrebno nam je postići temperaturu veću od 150 milijuna Celzijevih stupnjeva, dok bi volumen plina zahvaćenog fuzijom u ITER-u bio osam puta veći nego što je do sada bio slučaj kod najvećih postojećih fuzijskih uređaja.
Osnovni problemi koji se tiču projekta ITER odnose se na generiranje dovoljno jakih magnetskih polja, ostvarivanje dinamičke stabilnosti plazme i osiguravanje toplinske izolacije. A ulaskom Republike Hrvatske u EUROATOM i našim se znanstvenicima otvorila prilika da pomognu u njihovu rješavanju.
Hrvatski doprinos
– Hrvatska fuzijska istraživačka jedinica, Croatian Fusion Unit – CRU, prvotno se pridružila Britanskom fuzijskom udruženju, UK Fusion Association, kao vanjska istraživačka jedinica, što je bilo iznimno značajno u pogledu uključivanja hrvatskih znanstvenika u istraživanja vezana uz razvoj i primjene termonuklearne fuzije koje provode zemlje članice Europske unije i Europska zajednica za atomsku energiju (Euratom) te izgradnju ITER-a.
Svrha CRU-a je koordinacija sudjelovanja RH u fuzijskom programu EU-a kao National Fusion Entry Point. Moja istraživačka grupa s FESB-a je od siječnja 2014. godine uključena u radni paket Code Development for Integrated Modeling, u sklopu ITER Physics Work Packages, u kojem sam voditelj radnog paketa WP14-IPH-CD, dok je tehnička kontakt osoba moj suradnik doc. dr. sc. Silvestar Šesnić, dodaje Slobodna.
Značajno su još u ovaj radni paket uključeni i drugi članovi moje grupacije, a posebno izv. prof. dr. sc. Vicko Dorić i Anna Šušnjara, mag. ing. Sudjelovanje u radnom paketu koji se tiče razvoja ITER-a otvara brojne mogućnosti, jer su na taj način FESB i čitava CRU uključeni u razvoj 13 milijardi eura vrijednog projekta ITER, a time ujedno u razvoj možda i ponajvećeg projekta današnjice – objasnio je prof. dr. sc. Poljak.
Konkretna suradnja s međunarodnim timovima odvija se kroz određeni broj Code Campova godišnje, koji se organiziraju u različitim europskim institucijama, u pravilu u trajanju od dva tjedna.
Riječ je o iznimno fokusiranom dvotjednom radu u sklopu kojeg istraživači razvijaju računalne kodove integrirane u zajednički programski sustav koji se pokreće iz različitih dijelova Europe sa zajedničkog servera. Ovakvo intenzivno radno druženje omogućava i puno efikasniju suradnju na daljinu tijekom čitave godine.
Upravo je od 17. do 28. listopada na FESB-u održan jedan ovakav Code Camp, a dogodine slijede nova značajna okupljanja iz područja znanosti nuklearne fuzije.
– U organiziranju fuzijskih događanja FESB ostaje vrlo aktivan i u 2017. godini, jer je u suorganizaciji s Institutom "Ruđer Bošković" iz Zagreba domaćin European Fusion Programme Workshopa, koji će se održati u Dubrovniku u studenom 2017.
Vrijedi naglasiti da je to središnji godišnji skup u okviru konzorcija EUROfusion, koji se održava svake godine u svrhu strateškog planiranja fuzijskih istraživanja u Europi i već je jednom održan u Splitu, u prosincu 2014. godine – pohvalio se prof. Poljak.
