PRVI put u povijesti američki znanstvenici u National Ignition Facilityju u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore u Kaliforniji uspješno su proizveli reakciju nuklearne fuzije koja je rezultirala dobitkom energije, potvrdio je za CNN izvor upoznat s projektom. Očekuje se da će ministarstvo energetike SAD-a danas službeno objaviti otkriće.
Ishod eksperimenta bio bi veliki iskorak u desetljećima dugoj potrazi za oslobađanjem beskonačnog izvora čiste energije koji bi mogao pomoći u odmaku od ovisnosti o fosilnim gorivima. Istraživači su desetljećima pokušavali stvoriti nuklearnu fuziju - replicirajući energiju koja pokreće Sunce.
Evo što trebate znati o ovom novom obliku nuklearne energije.
Što je nuklearna fuzija i zašto je važna?
Nuklearna fuzija je proces koji je izveo čovjek i kojim se replicira energija koja pokreće Sunce. Nuklearna fuzija se događa kada se dva ili više atoma spoje u jedan veći. Ovaj proces stvara ogromnu količinu energije u obliku topline.
Znanstvenici diljem svijeta desetljećima proučavaju nuklearnu fuziju, nadajući se da će je stvoriti novim izvorom koji pruža neograničenu energiju bez ugljika - bez nuklearnog otpada koji stvaraju sadašnji nuklearni reaktori. Projekti fuzije uglavnom koriste elemente deuterij i tricij - oba su izotopi vodika.
Deuterij iz čaše vode, s dodatkom malo tricija, mogao bi napajati jednu kuću godinu dana. Tricij je rjeđi i teže ga je dobiti, iako se može sintetski proizvesti.
"Za razliku od ugljena, potrebna je samo mala količina vodika, a on je najzastupljenija stvar koja se može naći u svemiru. Vodik se nalazi u vodi, tako da su stvari koje generiraju tu energiju neograničene i čiste", rekao je za CNN Julio Friedmann, glavni znanstvenik u Carbon Directu i bivši glavni energetski tehnolog u Lawrence Livermoreu.
Kako se fuzija razlikuje od nuklearne fisije?
Kad ljudi razmišljaju o nuklearnoj energiji, mogu im pasti na pamet rashladni tornjevi i oblaci u obliku gljive. Ali fuzija je potpuno drugačija.
Dok fuzija spaja dva ili više atoma zajedno, fisija je suprotan proces cijepanja većeg atoma na dva ili više manjih. Nuklearna fisija je ona vrsta energije koja danas pokreće nuklearne reaktore diljem svijeta. Poput fuzije, toplina stvorena cijepanjem atoma također se koristi za stvaranje energije.
Nuklearna energija ima nultu emisiju stakleničkih plinova, ali proizvodi hlapljivi radioaktivni otpad koji se mora skladištiti na siguran način i nosi sigurnosne rizike. Nuklearna otapanja, iako rijetka, događala su se kroz povijest sa smrtonosnim posljedicama, poput nesreća u reaktorima u Fukušimi i Černobilu.
Nuklearna fuzija ne nosi iste sigurnosne rizike, a materijali koji se koriste za njeno stvaranje imaju mnogo kraće vrijeme poluraspada od fisije.
Kako bi energija nuklearne fuzije mogla napajati svjetla u našim domovima?
Postoje dva glavna načina za stvaranje nuklearne fuzije, a oba imaju isti rezultat. Spajanjem dva atoma stvara se ogromna količina topline, koja je ključna za proizvodnju energije. Ta se toplina može koristiti za zagrijavanje vode, stvaranje pare i okretanje turbina za proizvodnju energije - slično kao što nuklearna fisija stvara energiju.
Veliki izazov iskorištavanja fuzijske energije je održati je dovoljno dugo da može napajati električne mreže i sustave grijanja diljem svijeta. Uspješan američki iskorak velika je stvar, ali još uvijek je u daleko manjem opsegu od onoga što je potrebno za proizvodnju dovoljno energije za rad jedne elektrane, a kamoli desetke tisuća elektrana.
"Radi se o tome koliko je energije potrebno za kuhanje 10 lonaca s vode. Da bismo to pretvorili u elektranu, moramo ostvariti veći dobitak u energiji, treba nam znatno više", rekao je Jeremy Chittenden, suvoditelj Centra za studije inercijske fuzije na Imperial Collegeu u Londonu.
Zašto je važna ova vijest o fuzijskoj reakciji koja rezultira energetskim dobitkom?
Ovo je prvi put da su znanstvenici uspješno proveli reakciju nuklearne fuzije koja je rezultirala neto povećanjem energije, umjesto da propadne kao u dosadašnjim eksperimentima.
Iako postoji još mnogo koraka dok ovo ne postane komercijalno održivo, bitno je da znanstvenici pokažu kako mogu stvoriti više energije nego na početku eksperimenta. U suprotnom, nema puno smisla da se ovo razvija.
"Ovo je vrlo važno iz energetske perspektive, jer fuzija ne može biti izvor energije ako ne izvlačimo više energije nego što ulažemo. Prijašnja otkrića bila su važna, ali to nije isto što i stvaranje energije koja bi se jednog dana mogla koristiti u većem opsegu", rekao je Friedmann za CNN.
Gdje se odvija fuzija?
Nekoliko fuzijskih projekata provodi se u SAD-u, Ujedinjenom Kraljevstvu i Europi. Francuska je dom Međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora na kojem surađuje 35 zemalja, među kojima su glavne članice Kina, SAD, Europska unija, Rusija, Indija, Japan i Južna Koreja.
U SAD-u se velik dio posla odvija u National Ignition Facilityju u Nacionalnom laboratoriju Lawrence Livermore u Kaliforniji, u zgradi veličine tri nogometna igrališta.
Projekt National Ignition Facility stvara energiju iz nuklearne fuzije onim što je poznato kao termonuklearna inercijalna fuzija. U praksi, američki znanstvenici ispaljuju kuglice koje sadrže vodikovo gorivo u gotovo 200 lasera, stvarajući niz iznimno brzih, ponovljenih eksplozija brzinom od 50 puta u sekundi. Energija prikupljena od neutrona i alfa čestica izdvaja se kao toplina.
U Velikoj Britaniji i projektu ITER u Francuskoj znanstvenici rade s ogromnim strojevima u obliku krafne opremljenim ogromnim magnetima koji se nazivaju tokamak, kako bi pokušali generirati isti rezultat. Nakon što se gorivo stavi u tokamak njegovi magneti se uključe i temperature unutar njega se eksponencijalno podižu kako bi se stvorila plazma.
Plazma mora doseći najmanje 150 milijuna stupnjeva Celzijusa, 10 puta toplije od jezgre Sunca. Neutroni zatim izlaze iz plazme, udarajući u "pokrivač" na stijenkama tokamaka i prenose svoju kinetičku energiju kao toplinu.
Koji su sljedeći koraci?
Znanstvenici i stručnjaci sada moraju otkriti kako proizvesti mnogo više energije iz nuklearne fuzije na mnogo većoj razini. Istodobno moraju smisliti kako eventualno smanjiti troškove nuklearne fuzije da bi se mogla koristiti u komercijalne svrhe.
"U ovom trenutku trošimo ogromnu količinu vremena i novca za svaki eksperiment. Moramo znatno smanjiti troškove", rekao je Chittenden.
Znanstvenici također trebaju prikupiti energiju proizvedenu fuzijom i prenijeti je u električnu mrežu kao električnu energiju. Trebat će godine, a možda i desetljeća, prije nego što fuzija bude u stanju stvarati neograničene količine čiste energije, a znanstvenici su u utrci s vremenom u borbi protiv klimatskih promjena.
"Ovo neće značajnije pridonijeti smanjenju klimatskih promjena u sljedećih 20-30 godina. Ovo je razlika između paljenja šibice i izgradnje plinske turbine", rekao je Friedmann.