Fuzja termojądrowa to proces, w którym lekkie jądra atomowe łączą się, tworząc cięższe jądro i uwalniając przy tym energię.
Jest to zjawisko zachodzące naturalnie we wnętrzach gwiazd, w tym naszego Słońca. Na Ziemi, naukowcy starają się odtworzyć ten proces w kontrolowanych warunkach, aby wykorzystać uwolnioną energię do celów badawczych i energetycznych.
Co to jest fuzja termojądrowa?
Fuzja termojądrowa polega na połączeniu jąder lekkich pierwiastków, takich jak izotopy wodoru – deuter i tryt, co prowadzi do uwalniania energii. Jądrowe reakcje fuzji generują energię poprzez konwersję masy w energię, zgodnie ze słynnym równaniem Einsteina E=mc2 .
Reakcja fuzji jądrowej deuteru i trytu, produktami są hel i neutron oraz wydziela się bardzo dużo energii / Fot. Krajowy Punkt Kontaktowy Euratom-IFPiLM
Potencjał fuzji jako źródła energii dla gospodarstw domowych
Technologia fuzji termojądrowej oferuje potencjał stania się źródłem niemal niewyczerpalnej i czystej energii. Fuzja jądrowa może teoretycznie dostarczyć ogromne ilości energii z minimalnej ilości paliwa bez emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych. Jednak, mimo znaczących postępów badawczych, pełne komercyjne wykorzystanie fuzji jako źródła energii elektrycznej dla gospodarstw domowych pozostaje wciąż w fazie badań i rozwoju.
Zalety technologii
Energia z fuzji jądrowej jest uważana za jedno z najbardziej obiecujących rozwiązań dla przyszłych potrzeb energetycznych świata ze względu na szereg znaczących zalet.
- Niewyczerpalne źródło energii. Fuzja termojądrowa wykorzystuje izotopy wodoru, takie jak deuter i tryt, które można uzyskać z wody morskiej oraz przez procesy w reaktorach termojądrowych. Deuter jest stosunkowo obfity w naturze, a tryt może być produkowany w trakcie samej reakcji fuzji. Dostęp do tych materiałów jest praktycznie nieograniczony, co sprawia, że fuzja jest zasobem trwałym i zrównoważonym.
- Brak emisji szkodliwych gazów. Proces fuzji jądrowej nie wydziela dwutlenku węgla ani innych gazów cieplarnianych. Jest to kluczowa zaleta w kontekście globalnych działań na rzecz redukcji emisji i zwalczania zmian klimatycznych.
- Wysoka efektywność energetyczna. Fuzja może wyprodukować znacznie więcej energii z mniejszej ilości paliwa w porównaniu do konwencjonalnych źródeł energii, w tym energii jądrowej z rozszczepienia. Na przykład, 1 kilogram paliwa termojądrowego może dostarczyć tyle energii, ile dostarczyłoby kilka milionów kilogramów węgla.
- Brak długotrwałych odpadów radioaktywnych. W przeciwieństwie do tradycyjnych reaktorów jądrowych, produkty uboczne reakcji fuzji nie są długotrwałe. Chociaż elementy reaktora stają się radioaktywne, mogą one być bezpiecznie przechowywane i zutylizowane w stosunkowo krótkim czasie (ok. 100 lat).
- Wysokie bezpieczeństwo operacyjne. Reakcje fuzji są trudne do podtrzymania, a każda anomalia w procesie prowadzi do zatrzymania reakcji, co naturalnie eliminuje ryzyko katastrofy nuklearnej na dużą skalę. Oznacza to, że wypadki w elektrowniach fuzji jądrowej nie prowadzą do długotrwałej kontaminacji ani nie wymagają ewakuacji dużych obszarów.
- Niezawodność. Elektrownie fuzji mogą teoretycznie działać nieprzerwanie przez dłuższe okresy, zapewniając stabilne i przewidywalne źródło energii, które nie jest zależne od warunków atmosferycznych czy innych zmiennych czynników zewnętrznych, co jest ograniczeniem w przypadku niektórych odnawialnych źródeł energii, takich jak energia słoneczna czy wiatrowa.
Obecny stan badań nad fuzją termojądrową
Obecnie trwają intensywne badania nad fuzją jako źródłem czystej energii. Główne projekty, takie jak międzynarodowy reaktor termojądrowy ITER i amerykańskie National Ignition Facility, dążą do demonstracji możliwości uzyskania pozytywnego bilansu energetycznego, gdzie energia uzyskana z reakcji fuzji przekracza energię włożoną w inicjowanie i utrzymanie reakcji. Mimo wielu wyzwań technicznych i naukowych pierwsze próby eksperymentalne wykazały, że osiągnięcie kontrolowanej fuzji jest możliwe.
ITER Fusion Reactor, render 3D / Fot. Borshch Filipp, shutterstock.com
Przyszłość w ramach OZE
Perspektywy wykorzystania fuzji termojądrowej jako elementu odnawialnych źródeł energii (OZE) są obiecujące, ale również odległe. Oczekuje się, że pełna komercjalizacja fuzji, jeśli zostanie osiągnięta, zrewolucjonizuje sektor energetyczny, dostarczając czystej i bezpiecznej energii w ilościach zdolnych zaspokoić globalne zapotrzebowanie. Przyszłość fuzji termojądrowej zależy od przełomów w technologii plasma confinement, efektywności energetycznej reaktorów i zdolności do skali przemysłowej.
Czytaj dalej: