Znanstvenici s njemačkog Max Planck instituta za fiziku plazme objavili su da njihov »stelarator« radi »neočekivanom preciznošću«, a u nekima od daljnjih analiza pomoći će im i hrvatski kolege
Nakon što su ovih dana znanstvenici njemačkog Max Planck instituta za fiziku plazme objavili vijest o uspješnom testiranju svog »steleratora«, može se reći da je svijet postao korak bliže ostvarenju ideje o jeftinoj i ekološkoj proizvodnji energije kakva se zbiva »u zvijezdama«. Naime, već se duže vrijeme procjenjuje da će kroz dvjestotinjak godina čovječanstvo iscrpiti većinu fosilnog goriva. Kao najprihvatljivija jeftina i potpuno ekološka alternativa fisijskim nuklaranim elektranama nameće se energija dobivena termonuklearnom fuzijom.
Pojednostavljenim riječima radilo bi se o procesu koji se, primjerice, događa na Suncu. Za razliku od nuklearne fisije koju za proizvodnje energije koriste postojeće nuklearke, fuzija generira toplinsku energiju stapanjem lakih jezgara izotopa vodika u težu jezgru helija, pri čemu se ne stvara radiokativni otpad. Ovaj koncept proizvodnje energije koji će zasigurno uvelike izmijeniti svijet, trebao bi u budućnosti biti ostvaren pomoću Međunarodnog termonukleranog eksperimentalnog reaktora, poznatijeg kao ITER.
Puno istraživanja
Radi se o jednom od najvećih međunarodnih znanstvenih eksperimenata današnjice vrijednom 13 milijardi eura koji podržavaju članice EU-a, te SAD, Kina, Rusija, Indija, Japan i Koreja. Njegov krajnji cilj je izgradnja fuzijskog reaktora koji bi mogao proizvesti deset puta više energije nego što je »potrošio« za samu reakciju. Da bi znanost došla do te faze potrebno je, međutim, još puno istraživanja. Primjerice, jedan od najvećih problema s nuklearnom fuzijom stabiliziranje je guste i iznimno vruće plazme koja sadrži jezgre laganih atoma, odnosno pomoću koje se događa fuzija. Trenutno postoje dva pristupa rješavanju ovog problema – koncept tzv. »tokamaka«, uređaja koji koristi dvodimenzionalna magnetska polja kako bi »kontrolirao« plazmu, te koncept »stelaratora«, odnosno reaktora koji u istu svrhu koristi zakrivljena, trodimenzionalna magnetska polja. Iako se ovi koncepti razrađuju godinama, niti jedan još nije dokazan u potpunosti funkcionalnim.
Veliki pomak u tom smjeru predstavlja, međutim, članak koji je ovih dana objavljen u prestižnom časopisu Nature Communications, a u kojem je njemački tim koji »upravlja« trenutno najvećim eksperimentalnim stelaratorom na svijetu poznatim kao Wendelstein 7-X objavio da uređaj radi »neočekivanom preciznošću«. Njihova zadnja testiranja pokazala su da je devijacija od zadane konfiguracije manja od 1 na 100 tisuća, što dokazuje da bi upravo koncept stelaratora mogao biti najbolji model za fuzijske reaktore.
Da se radi o vrlo bitnom koraku prema energiji budućnosti potvrdio nam je i dr. sc. Tonči Tadić, koordinator Hrvatske fuzijske istraživačke jedinice – tijela koje predvodi hrvatsko sudjelovanje u fuzijskom programu EU-a.
Koncept stelaratora
– Stelarator je alternativni način kontrole plazme u fuzijskom reaktoru. On se razlikuje od tokamaka po tome što tokamak mora imati induciranu struju u plazmi, plazma mora ići u krug i stvarati na taj način magnetsko polje koje je vrti poput svrdla, dok se kod stelaratora to postiže s oblikom zavojnica i same komore koja izgleda kao da je rotirajuće svrdlo, pa na taj način plazma »mućka« samu sebe. Još do prije desetak godina nisu postojala dovoljno jaka računala pomoću kojih je bilo moguće dizajnirati takve zavojnice – pojasnio je Tadić zbog čega je koncept stelaratora, osmišljen još krajem pedesetih godina, tek u posljednje vrijeme postao iznimno popularan u ovom području znanosti.
Postojeći fuzijski reaktori, uglavnom osmišljeni po principu tokamaka, pojasnio je on dalje, trenutno rade najviše par desetaka minuta, dok bi stelarator, u teoriji, mogao raditi satima. Eksperimentalni stelerator W 7-X stoga nije osmišljen da sam jednom proizvodi energiju, već da u »laboratorijskim uvjetima« istražuje mogućnosti kontroliranja plazme, a postignuće njemačkih kolega, tvrdi Tadić, u tom je smislu uistinu veliki iskorak. Zanimljivo je da će hrvatski tim, kao dio fuzijskog programa EU-a u koji spada i W 7-X projekt, uskoro u sklopu dodatnih istraživanja analizirati površine iz njemačkog stelaratora koje su bile izložene plazmi.
Hrvatsku fuzijsku istraživačku jedinicu (CRU) osnovali su 2013. godine IRB, Institut za fiziku, Fakultet elektrotehnike i računarstva Sveučilišta u Zagrebu, Prirodoslovno-matematički fakultet Sveučilišta u Zagrebu, Fakultet elektrotehnike, strojarstva i brodogradnje Sveučilišta u Splitu i Sveučilište u Rijeci.
Fuzijska reakcija
– Provjeravat ćemo da li je došlo do erozije tih površina, te da li dolazi do zadržavanja goriva na površini unutrašnjeg oklopa ili je gorivo ipak iskoristivo za reakciju. Uloga hrvatskog tima u EUROfusion programu je izuzetno jaka, prvenstveno u matematičkom modeliranju tih procesa, u analizi površina izloženih plazmi, te u razvoju naprednih čelika i legura – pojasnio nam je Tadić.
Ukoliko se daljnja istraživanja budu razvijala po planu, očekuje se da bi međunarodni fuzijski reaktor ITER, sposoban da stvori kontroliranu fuzijsku reakciju od sat vremena, trebao biti gotov do sredine idućeg desetljeća. Idući korak bio bi razvoj fuzijske elektrane koja bi se trebala graditi 2035. godine i profunkcionirati u četrdesetima.
