Proveržis termobranduolinėje energetikoje: žmonijai tai gali suteikti beveik neribotą energiją

Pirmą kartą istorijoje JAV mokslininkai lazeriais sukėlė branduolių sintezės reakciją, iš kurios išgavo daugiau energijos, nei panaudojo reakcijai sukelti, skelbia CNN. Tai suteikia vilties dėl naujo ir švaraus beveik neribotos energijos išgavimo būdo – taip, kaip tai vyksta žvaigždėse.

Proveržis pasiektas JAV Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje, esančioje Kalifornijoje. Čia veikianti „National Ignition Facility“ (liet. nacionalinė uždegimo įstaiga) atomų jungimąsi pasiekia beveik 200-ais galingų lazerių, nukreiptų į vieną mažą piliulę su kuru – vandenilio izotopais.

Pirmą sykį čia įvykdyta tokia branduolių sintezės reakcija, kurios metu gauta daugiau energijos, nei į reakciją įdėta, remdamasi savo šaltiniais pirmas pranešė „Financial Times“.

Antradienį svarbų mokslinį proveržį patvirtino JAV energetikos sekretorė Jennifer Granholm, teigdama, kad JAV mokslininkų atliktas branduolinės sintezės eksperimentas atkartojo „sąlygas, kurios yra tik žvaigždėse ir Saulėje“.

„Šis svarbus įvykis dar labiau priartina mus prie galimybės mūsų visuomenę aprūpinti energija iš branduolių sintezės energijos, kurioje nėra anglies dioksido, – pareigūnę citavo CNN. – Jei mums pavyks pasiekti pažangos branduolių sintezės energijos srityje, galėsime ją naudoti švariai elektros energijai, transporto degalams, elektros energijai, sunkiajai pramonei ir daug kam kitam gaminti.“

„National Ignition Facility“ yra 3,5 milijardo dolerių kainavęs eksperimentas.

Branduolių sintezė yra procesas, kuris vyksta žvaigždėse – jungiasi mažiausi atomai ir gaunama daug energijos. Sujungus du ar daugiau mažų atomų į vieną taipogi išgaunamas didelis energijos kliekis, išskiriamas šilumos pavidalu. Palyginimui, tradicinė branduolinė energija gaunama tuomet, kuomet reaktoriuose skyla dideli atomai, pvz., urano. Skildami jie išskiria energiją, tačiau taip pat atlieka ir daug pašalinių radioaktyvių atliekų.

Sugebėjus branduolių sintezės procesą pažaboti, įgytume praktiškai neribotą švarios energijos šaltinį, nes jam reikalingų žaliavų yra gausu, o reakcijos produktai nėra žalingi. Tačiau jei Saulėje atomus į vietą suspaudžia didžiulė gravitacija, Žemėje norint sukurti branduolių sintezei tinkamas sąlygas reikia milžiniško slėgio ir temperatūros.

Branduolių sintezę žmonija bando sukelti dviem pagrindiniais būdais. Be jau minėto JAV eksperimento, Europoje veikia ITER, taip pat „Jet“ laboratorijos, jose „tokamak“ reaktoriuose itin galingi magnetai bando išlaikyti itin karštą plazmą, kurioje vandenilio izotopai ima jungtis į helį, išskiriant labai daug energijos.

Branduolių sintezės tyrimai vyksta jau dešimtmečius, tikintis sukurti naują energijos šaltinį, kuris užtikrintų beveik neribotą, šiltnamio efektą sukeliančių dujų neišmetančią energiją be branduolinių atliekų.

CNN kalbinti ekspertai lygina, kad stiklinės vandens pakaktų energija aprūpinti vieną namą vienerius metus

„Priešingai nei anglių, reikia tik nedidelio kiekio vandenilio, o jo visatoje yra daugiausia. Vandenilis randamas vandenyje, todėl medžiaga, iš kurių gaminama energija, yra neribota ir švari“, – CNN sakė „Carbon Direct“ vyriausiasis mokslininkas ir buvęs vyriausiasis Lawrence'o Livermore'o energetikos technologas Julio Friedmannas.

Dar ilgas kelias iki praktinio panaudojimo

JAV pasiekimas nereiškia, kad iš branduolių sintezės buvo pagaminta nors viena kilovatvalandė elektros energijos. Kol kas mokslininkai tik matavo tai, kiek lazeriams reikia sunaudoti energijos, ir kiek susidarė energijos branduolių sintezės reakcijos metu.

Remiantis „Financial Times“ pranešimu, kurį dar turi patvirtinti „National Ignition Facility“, mokslininkams pavyko išlaisvinti 2,5 MJ (megadžaulių), arba apie 0,7 kilovatvalandės energijos, kai lazeriai sunaudojo 2,1 MJ. Energija išlėkė alfa dalelių, gama spindulių, šilumos pavidalais.

JAV mokslininkai, kad išgautų minėtą kiekį energijos, naudojo beveik 200 itin galingų lazerių masyvą, kurie šaudė į granules su vandeniliu, sukuriant itin greitų pasikartojančių sprogimų seriją – 50 kartų per sekundę greičiu.

JAV laimėjimas yra didelis įvykis, tačiau vis dar lieka dešimtmečiai iki to, kol branduolių sintezės energija galėtų būti panaudojama praktiškai.

„Tai maždaug tiek, kiek reikia 10 virdulių vandens išvirti. Norint tai paversti elektrine, mums reikėtų gauti daug daugiau energijos“, – CNN teigia Londono Imperatoriškojo koledžo Inercinės sintezės tyrimų centro vienas iš direktorių Jeremy Chittendenas.

Kaip branduolių sintezės energija ilgainiui galėtų įjungti šviesą namuose? Susidaranti šiluma gali būti naudojama vandeniui šildyti, garams gaminti ir turbinoms sukti, kad būtų gaminama energija – panašiai, kaip ir tradicinėse elektrinėse. Didžiausias iššūkis, susijęs su branduolių sintezės energijos panaudojimu, yra išlaikyti reakciją pakankamai ilgai, kad ji galėtų aprūpinti elektros tinklus ir šildymo sistemas visame pasaulyje.

Tačiau tai, kad mokslininkams pavyko praktiškai parodyti, jog galima gauti daugiau energijos, nei sunaudojama, yra svarbu – tai reikš, kad prasminga toliau vykdyti tyrimus ir plėtoti naują energijos išgavimo būdą.

Toliau mokslininkai aiškinsis, kaip didinti iš branduolių sintezės gaunamos energijos kiekį, kaip didinti energijos gamybos pastą, o taip pat, kaip mažinti proceso kainą, kad jį būtų galima naudoti komerciniais tikslais.

Taip pat lieka neišspręstų ir daug techninių klausimų, pvz., kaip surinktą branduolių sintezės metu pagamintą energiją versti į elektros energiją, perduoti į tinklą.