Einstein by się rozpłakał. Zobacz, co skrywa środek reaktora fuzyjnego

Spis treści:

1. Miejsce ekstremalnych temperatur
2. Jak działa stellarator?
3. Rekordowe osiągnięcia Wendelstein 7-X
4. Czy fuzyjna przyszłość jest w naszym zasięgu?

Badacz „National Geographic” Paolo Verzone umożliwia rzadki wgląd do wnętrza stellaratora – eksperymentu, który ma dać światu niemal niewyczerpane źródło czystej energii. Ubrany w nieskazitelny biały kombinezon laboratoryjny, z białymi butami i rękawiczkami, położył się i wślizgnął w otwór niewiele szerszy od jego ciała. Jak sam to ujął, wchodził do gwiazdy.

Albo przynajmniej było to doświadczenie chyba najbliższe temu, którego można doznać na Ziemi. Tego listopadowego dnia Verzone otrzymał wyjątkowe, ekskluzywne pozwolenie zajrzenia do wnętrza Wendelstein 7-X, eksperymentalnego reaktora fuzyjnego w Instytucie Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka w Greifswaldzie w Niemczech. Urządzenie przechodziło akurat prace konserwacyjne.

Miejsce ekstremalnych temperatur

Gdy Wendelstein 7-X pracuje, toroidalna, „pączkowata” komora, w której stoi Verzone, wypełnia się plazmą – rodzajem gorącego, silnie zjonizowanego gazu. Urządzenie rozgrzewa tę plazmę do temperatur rzędu dziesiątek milionów stopni Celsjusza. Następnie utrzymuje ją w ryzach za pomocą nadprzewodzących magnesów chłodzonych do –269 °C, czyli temperatury zbliżonej do zera bezwzględnego.

Ta skrajna różnica sprawia, że kiedy reaktor jest uruchomiony, obiekt ten staje się na chwilę jednocześnie najgorętszym i najzimniejszym miejscem w całym naszym Układzie Słonecznym. Co jednak ważniejsze, właśnie te ekstremalne warunki umożliwiają zajście reakcji syntezy jądrowej. Lekkie atomy, takie jak wodór, łączą się pod wpływem ogromnej temperatury i ciśnienia, tworząc cięższe atomy i uwalniając porcję czystej energii.

To ten sam mechanizm, dzięki któremu nasze Słońce wytwarza swoje ciepło i światło. Naukowcy liczą, że pewnego dnia reaktory fuzyjne będą zasilać nasze sieci elektryczne niemal niewyczerpanym, bezemisyjnym źródłem mocy.

Jak działa stellarator?

Reaktory fuzyjne występują w kilku konfiguracjach. Wendelstein 7-X jest tak zwanym stellaratorem, który oferuje rzeźbiarskie rozwiązanie problemu, z którym zmagają się fizycy zajmujący się fuzją.

Fizyczka Josefine Proll, pracująca przy tym eksperymencie, prosi, by wyobrazić sobie zabawkowy samochodzik na torze wyścigowym. W tej metaforze samochód jest jak cząstki plazmy w reaktorze. Muszą spełnić dwa warunki, by doszło do fuzji: poruszać się szybko i trzymać się toru, bo inaczej wypadną z zakrętu i uderzą w ściany urządzenia.

Tak jak na małym torze wyścigowym, tor trzeba łagodnie wyprofilować na zakręcie, aby samochód wciąż utrzymywał się w swoim pasie. Inne eksperymenty fuzyjne, takie jak ogromny tokamak ITER we Francji, uzyskują takie wyprofilowanie toru, wzbudzając prąd elektryczny bezpośrednio w plazmie. Stellarator osiąga to za pomocą fantazyjnie powyginanych cewek magnetycznych otaczających komorę reakcji.

Rekordowe osiągnięcia Wendelstein 7-X

Ten wybór konstrukcyjny umożliwił przełomy. Wendelstein 7-X ustanowił niedawno rekord w utrzymywaniu przegrzanej plazmy przez 43 sekundy, co przewyższa dotychczasowe osiągnięcia tokamaków. Sprawia też, że urządzenie jest zachwycającym dziełem inżynierii, do którego można dosłownie wpełznąć do środka.Około 8 tysięcy grafitowych płytek i stalowych płyt chłodzonych wodą pokrywa spiralne ściany, chroniąc eksperyment przed przegrzaniem.

Dla Verzone’a ten wgląd za kulisy był niemal doświadczeniem duchowym. Mówi, że czuł się, jakby wchodził do krypty katedry. Do rzadko odwiedzanego sanktuarium, w którym można kontemplować to, co wzniosłe. Wyobraź sobie, że do tego samego miejsca wchodzi Einstein – on, zdaniem Verzone’a, po prostu by się rozpłakał.

Czy fuzyjna przyszłość jest w naszym zasięgu?

Ten reaktor nie wytwarza jeszcze użytecznej energii z fuzji. Dotychczasowe eksperymenty służą głównie testowaniu samej konstrukcji i stabilności układu plazmy.

Nawet jeśli naukowcom uda się uzyskać stabilną reakcję fuzyjną, która da więcej energii, niż zużyje, przed nimi wciąż stoją kolejne wyzwania inżynieryjne. Na przykład takie pytanie: jak wyprowadzić energię zgromadzoną w plazmie, tak aby realnie zasilała sieć elektroenergetyczną? Nad tym również pracują zespoły badawcze.

Pomimo długiej drogi przed nami Proll pozostaje optymistką i wierzy, że ludzkość osiągnie energetykę fuzyjną jeszcze za naszego życia. Podkreśla, że w ostatniej dekadzie nastąpiły tu niezwykle ekscytujące postępy. I że wreszcie widać, iż wokół tej dziedziny narasta nowy impet.

Źródło: National Geographic