Zakończyła się budowa reaktora termojądrowego ITER. Dlaczego zacznie on działać dopiero za 15 lat?

W tym artykule:

1. Ile nas dzieli od fuzji?
2. Trudności z budową ITER-a
3. Kiedy wystartuje ITER?

ITER – czyli International Fusion Energy Project – to flagowy projekt naukowy związany z fuzją jądrową. Gigantyczne urządzenie badawcze powstające we Francji ma służyć do symulacji procesu fizycznego, który zachodzi wewnątrz Słońca. W środku naszej gwiazdy – w ogromnej temperaturze, ale przede wszystkim pod gigantycznym ciśnieniem – łączą się jądra wodoru. W wyniku tej reakcji powstaje hel oraz wydzielana jest energia. To właśnie ona sprawia, że każdego dnia Słońce ogrzewa i oświetla Ziemię.

Reakcja termojądrowa – zwana też fuzją jądrową albo syntezą jądrową – jest niezwykle wydajna. Szacuje się, że z kilograma paliwa termojądrowego może powstać cztery miliony razy więcej energii niż z kilograma kopalin. Fuzja bije na głowę również rozszczepianie atomów stosowane w reaktorach jądrowych, dając cztery razy więcej energii. Opanowanie fuzji jądrowej na Ziemi jest w tej chwili najbardziej upragnionym osiągnięciem, jaki może dać nam nauka.

Ile nas dzieli od fuzji?

Naukowcy zmagają się z odtworzeniem na Ziemi reakcji termojądrowej od siedemdziesięciu lat. I chociaż ostatnio mają na swoim koncie pewne sukcesy, milowe kroki (jak uzyskanie tzw. zapłonu plazmy) jeszcze przed nimi. W badaniach pomógłby ITER, znacznie większy od innych działających obecnie reaktorów fuzyjnych typu tokamak. Jednak kilka dni temu podczas konferencji prasowej Pietro Barabaschi, dyrektor generalny ITER-a, ogłosił kolejne opóźnienia związane ze startem reaktora.

Dobra wiadomość jest taka, że wszystkie części ITER-a są już na swoim miejscu. Ile trwało składanie reaktora? Prace przygotowawcze w centrum badawczym Cadarache w pobliżu miejscowości Saint-Paul-lez-Durance we Francji rozpoczęły się w 2010 r., a składanie urządzenia w 2020 r. Jego budową zajęło się konsorcjum aż 35 krajów – m.in. Unii Europejskiej, Japonii, Rosji, Chin i Indii. Początkowo ITER miał kosztować 5 mld dol. i wystartować w 2020 r. Obecnie łączne koszty sięgnęły 22 mld dol. Zaś 3 lipca Barabaschi ogłosił, że potrzeba kolejnych 5 mld dol. na pokrycie dodatkowych wydatków.

Trudności z budową ITER-a

Jaka jest przyczyna opóźnień? Przede wszystkim ITER jest niezwykle złożonym urządzeniem. Zbudowany jest m.in. z komory próżniowej, cewek magnetycznych i potężnych elektromagnesów. Wszystkie te elementy są wieloczęściowe: w sumie komponentów jest ok. 10 mln. I wielotonowe – największa część ITER-a waży 900 ton, łącznie zaś tokamak waży 23 tys. ton. Fragmenty tokamaka były przewożone do Cadarache specjalnymi konwojami, które poruszały się po przebudowanych do tego celu drogach. Konwojów tych było 250.

Poziom skomplikowania jest jedną z przyczyn opóźnień. Inne? „Pandemia COVID-19 utrudniła współpracę. Korodujące części i niezgodności między komponentami wymagały znacznych napraw sprzętu” – można przeczytać na stronie nature.com. W tzw. międzyczasie wiedza o budowie reaktorów fuzyjnych poszła też naprzód. Obecnie lepsze wyniki uzyskuje się, wykorzystując komponenty z wolframu, nie z berylu (jak w oryginalnym planie ITER-a). ITER paradoksalnie potrzebuje więc również unowocześnienia.

„Słońce na Ziemi” świeci dłużej. Koreański reaktor termojądrowy utrzymał temperaturę 100 mln st. C przez rekordowy czas

W koreańskim tokamaku udało się utrzymać temperaturę plazmy wynoszącą 100 mln st. C przez prawie 50 sekund. To kolejny krok w stronę opanowania fuzji jądrowej, która ma dać nam czystą i...

Kiedy wystartuje ITER?

Niestety, w rezultacie nawet na symboliczny start tokamaka będziemy musieli poczekać jeszcze długo. Zgodnie z tym, co ogłosił Barabaschi, został on przesunięty z 2025 na 2034 rok. Pełną moc reaktor ma osiągnąć w 2036 roku (trzy lata później niż ostatnio planowano). Zaś pełne zdolności operacyjne – w 2039 r., cztery lata do przodu względem planu. Wtedy dopiero okaże się, czy urządzenie spełni swój cel. Czyli czy wytworzy 10 razu więcej energii niż jest potrzebne „na wejściu” do wyprodukowania plazmy.

Opóźnienia oznaczają również, że fuzja jądrowa nie pojawi się odpowiednio szybko, by stać się źródłem niekończącej się zielonej energii. I tym samym by zażegnać katastrofę klimatyczną. – Nie powinniśmy czekać, aż synteza jądrowa rozwiąże problemy, przed którymi stoi obecnie ludzkość. To nie jest rozsądne – oświadczył na konferencji prasowej Barabaschi.

Źródła: Nature.com, Live Science, ITER.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com