Polscy fizycy pracują nad reaktorem termojądrowym

Polscy fizycy pracują nad reaktorem termojądrowym

28 października wiceminister nauki i szkolnictwa wyższego prof. Jerzy Szwed odwiedził ośrodek badawczy w niemieckim Greifswaldzie, gdzie od kilku lat polscy fizycy biorą udział w budowie eksperymentalnego reaktora termojądrowego Wendelstein 7-X. Opracowane tu technologie i materiały zostaną wykorzystane m.in. przy budowie reaktora termojądrowego ITER - pierwszego urządzenia tego typu, które będzie w stanie wytworzyć więcej energii niż potrzeba do jego działania. O wydarzeniu informuje PAP za pośrednictwem serwisu Nauka w Polsce.

Wiceminister zapoznał się przygotowaniami do przedsięwzięcia i z wkładem polskich naukowców w badania. "Jest to ogólnoeuropejski projekt o istotnym znaczeniu społecznym i naukowym" - wyjaśnił rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku (IPJ), dr Marek Pawłowski. "Ze względu na duży udział polskich naukowców w budowie decyzja polskiego ministra o dalszym zaangażowaniu naszych instytutów w budowę urządzenia jest wyczekiwana również przez niemieckich partnerów". Pawłowski dodał też, że Polsce, udział w budowie reaktora W7-X gwarantuje proporcjonalny dostęp do eksperymentów, które będą w nim przeprowadzane, oraz zapewnia prawa do opracowanych tu wynalazków.

Polska w przygotowaniach do uruchomienia reaktora W7-X uczestniczy już od 2006 r. W montażu elementów urządzenia uczestniczą naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Fizycy z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku i Politechniki Wrocławskiej wykonali prace wstępne umożliwiające podjęcie decyzji o budowie injektora wiązki neutralnej (służącej do podgrzewania plazmy) - bez tego urządzenia reaktor działałby, ale osiągnąłby znacznie gorsze parametry.

Obliczenia strukturalne wykonują inżynierowie z Politechniki Warszawskiej, z kolei naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy pracują nad diagnostyką neutronową i miękkiego promieniowania X. Naukowcy z Politechniki Opolskiej opracowują diagnostykę spektroskopową, a z Uniwersytetu Szczecińskiego - diagnostykę falową.

Synteza termojądrowa jest reakcją zachodzącą powszechnie we Wszechświecie - to główne źródło energii gwiazd. Proces polega na łączeniu jąder lekkich pierwiastków, zazwyczaj izotopów wodoru, w cięższe jądra. Ponieważ mają one mniejszą masę niż suma mas składników, nadmiarowa masa zamienia się w ogromne ilości energii.

"Przeprowadzenie kontrolowanej syntezy termojądrowej jest niezwykle trudne, bo protony w jądrach mają ten sam ładunek elektryczny, który silnie odpycha je od siebie" mówi prof. Jacek Jagielski z IPJ. Aby doszło do syntezy termojądrowej, należy przezwyciężyć siłę tego odpychania. W tym celu paliwo należy doprowadzić do stanu plazmy o niespotykanie wysokiej temperaturze. "O skali wyzwań świadczy fakt, że w poprzednim reaktorze, Wendelstein 7-AS, temperatura plazmy sięgała 79 milionów stopni. My nad tak gorącą materią musimy perfekcyjnie panować" dodaje prof. Jagielski. Metody diagnostyki plazmy o tak ekstremalnej temperaturze mają być opracowane właśnie w reaktorze W7-X.

Jak wyjaśnił rzecznik IPJ, obecnie syntezę termojądrową próbuje się przeprowadzać za pomocą dwóch typów urządzeń: tokamaków i stellaratorów.

Tokamak ma komorę próżniową w kształcie torusa otoczonego silnymi magnesami. Plazma z izotopów wodoru, zawieszona w polu magnetycznym, jest podgrzewana do ekstremalnie wysokiej temperatury i musi być stabilizowana prądem płynącym przez tę plazmę, co stwarza dużo problemów natury technicznej. Największy konstruowany obecnie tokamak to reaktor termojądrowy ITER w Cadarache we Francji. Jest to ogólnoświatowe przedsięwzięcie, którego całkowity koszt wyniesie ponad 10 mld euro.

Zaletą stellaratorów jest fakt, że plazma stabilizuje się sama, bez konieczności przepuszczania przez nią prądu. Aby uzyskać ten efekt, plazma musi być ukształtowana w sposób przypominający kilkukrotnie skręconą wstęgę M’biusa. Wiąże się to z koniecznością budowy skomplikowanej komory, otoczonej cewkami magnesów o złożonych kształtach.

Budowany stellarator W7-X to największe urządzenie tego typu. Przewidywany koszt wynosi 2 mld euro. Jego komora będzie ważyć ok. 800 ton, a otaczające ją cewki wytworzą pole magnetyczne o indukcji aż 15 Tesli (ziemskie pole magnetyczne, które obraca wskazówki kompasów, ma indukcję kilkaset tysięcy razy mniejszą). Przewiduje się, że stellarator W7-X w Greifswaldzie rozpocznie pracę w 2014 roku. Gdyby udało się przeprowadzić kontrolowaną syntezę termojądrową, ludzkość miałaby zapewnione bezpieczeństwo energetyczne na tysiąclecia

(bj)