Raziskovalci korak bližje pridobivanju energije z umetnega sonca

Korejskemu inštitutu za fuzijsko energijo je s pomočjo reaktorja Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) uspelo 30 sekund vzdrževati super vročo plazmo v magnetnem polju. Dosežek je korak naprej k nadzorovanemu izkoriščanju fuzije, ki poteka na Zemlji, v osrčju Sonca. Fuzija je sicer eden okolju najbolj prijaznih virov energije.

Kaj je fuzija?

Fuzija oziroma zlivanje lahkih atomskih jeder v težja, je skoraj nasproten proces jedrske fisije, ki poteka v svetovnih jedrskih reaktorjih. Medtem ko pri fisiji prihaja do razbijanja težkih atomov, kot je uran, pri fuziji prihaja do združevanja lahkih atomov, pri čemer nastanejo težji atomi in energija.

Fuzija je čistejši postopek, saj ne ustvarja radioaktivnih odpadkov in uporablja lahke in obilne materiale, kot je vodik, ki ga lahko pridobimo iz morske vode namesto dragih in redkih elementov, kot sta uran ali plutonij. Teoretično bi lahko liter vode zagotovil dovolj surovine za fuzijo, da bi proizvedel toliko energije kot zgorevanje 300 litrov nafte.

Naprave za jedrsko fuzijo, kot je KSTAR, znane kot 'tokamaki', posnemajo plazmo, to je stanje snovi, ki nastane pod velikim gravitacijskim pritiskom in močno vročino zvezd, kot je Sonce, navaja spletna stran Newsweek. V tej zelo vroči 'zvezdni' plazmi se atomi vodika pri velikih hitrostih zaletavajo in ustvarjajo atome helija. Pri tem zlivanju nastajajo ogromne količine energije, ki je podobna tisti, ki jo oddajajo zvezde.

Da bi to posnemale, morajo naprave za jedrsko fuzijo, pogosto imenovane tudi 'umetna sonca', z laserji segrevati težki vodik (devterij) na temperature do več milijonov stopinj Celzija in ga zadrževati v močnih magnetnih poljih. Za pridobivanje fuzijske energije morajo ta umetna sonca plazmo pri teh temperaturah zadrževati dovolj dolgo, da se atomska jedra začnejo zaletavati med seboj.

Fuzijski rekordi in evropski ITER

Leta 2016 je KSTAR postavil svetovni rekord za ohranjanje segrete plazme, saj je plazmo segreto na 32 milijonov stopinj Celzija, zadržal 70 sekund. Ta rekord je leta 2017 podrl kitajski eksperimentalni napredni superprevodni tokamak (EAST), ko je plazmo pri isti temperaturi vzdrževal 102 sekundi, navaja Newsweek.

Ta temperatura je višja od temperature v Soncu, ker pa raziskovalci tukaj na Zemlji ne morejo poustvariti tako močnega pritiska kot ga ustvarja gravitacija v središču zvezde, morajo biti temperature v umetnem soncu veliko višje, da bi to nadomestili.

To pomeni, da je treba plazmo v tokamaku segreti na vsaj 82 milijonov stopinj Celzija, da se atomska jedra dovolj hitro zaletavajo, da se sproži jedrska fuzija. KSTAR je bila prva naprava, ki je dosegla to mejo, saj je leta 2018 za 1,5 sekunde dosegla te temperature v plazmi. Leta 2019 je ekipa znanstvenikov to še izboljšala in plazmo v napravi KSTAR pri tej temperaturi vzdrževala osem sekund, decembra 2020 pa kar 20 sekund.

Najnovejši rekord pri tej pomembni temperaturi pa so znanstveniki dosegli letos, ko so super vročo plazmo v kontroliranem stanju vzdrževali 30 sekund. Čeprav novi rekord KSTAR ne more preseči rekorda EAST v času, je tukaj ključnega pomena dosežena temperatura.

Korejski inštitut za fuzijsko energijo si bo zdaj prizadeval izboljšati projekt KSTAR, navaja Newsweek, da bi podaljšal čas, v katerem lahko vzdržuje plazmo pri temperaturi 82 milijonov stopinj Celzija. Njihov naslednji cilj bo doseči nadzorovanje plazme v super vročem stanju za vsaj 300 sekund.

Mednaroden poskus izdelave tokamaka sicer poteka tudi v Franciji. Mednarodni eksperimentalni termonuklearni reaktor (ITER) oziroma kasneje, zaradi slabih prizvokov, poimenovan zgolj ITER, naj bi bil trenutno najbolj obetaven reaktor na tem področju. Z njim naj bi prikazali znanstveno in tehnološko zmožnost polnega jedrskega fuzijskega reaktorja. Program naj bi trajal 30 let, od tega 10 let gradnje in 20 let delovanja, stal pa naj bi približno 10 milijard evrov.

Glede na podatke z Wikipedije, je ITER zasnovan za proizvodnjo približno 500 MW fuzijske energije, ki naj bi trajala 500 sekund. To je znatna količina energije za raziskave fuzijske energije, saj naj bi bodoče fuzijske elektrarne ustvarjale nekje med 3000 in 4000 MW toplotne moči. Čeprav bo ITER proizvajal energijo v obliki toplote, pa ustvarjena toplota ne bo uporabljena za proizvodnjo električne energije.