Czy zyskamy nieograniczone źródło energii?
W ubiegłym tygodniu opisałem Państwu, jak w połowie XX wieku ludzie sięgnęli do reakcji jądrowej zasilającej przez miliony lat życiodajne Słońce i jakie osiągnęli wyniki, budując tak zwane bomby wodorowe.
Jak jednak użyć tej energii, żeby wytwarzać prąd? Problem polega na tym, że reakcja zasilająca nasze Słońce (mówiąc w uproszczeniu - zamiana wodoru w hel) może zachodzić przy ekstremalnie wysokich temperaturach i ogromnych ciśnieniach. We wnętrzu gwiazd takie warunki panują w sposób naturalny, więc atomowy ogień płonie tam bezpiecznie i zasila energię promienistą gwiazdy przez miliony lat. Ale w naturalnym na naszej planecie trudno takie warunki wytworzyć, a jeszcze trudniej je przez dłuższy czas utrzymać.
Udaje się to w eksplodującej bombie wodorowej, bo jej „zapalnikiem” jest zwykła bomba atomowa (taka, jak z Hiroszimy), której wybuch na ułamki sekund wytwarza temperaturę wyrażaną w milionach stopni i ciśnienie większe, niż w jądrze Ziemi. Warunki te inicjują reakcję termojądrową i zawarty w bombie wodór (a dokładniej jego izotopy: deuter i tryt) ulegają gwałtownej syntezie, wytwarzając jądra helu i monstrualne ilości energii.
Oczywiście, po ułamku sekundy ta słoneczna temperatura rozsadza obudowę bomby i powstaje kula ognia, a gigantyczne ciśnienie uwalnia się w postaci rozchodzącej się we wszystkie strony fali uderzeniowej. No i dobrze, bo w bombie właśnie o to chodzi!
Ale jeśli chcemy z tej samej reakcji czerpać energię w elektrowni, to trzeba tę rozgrzaną do milionów stopni materię (w formie tak zwanej plazmy) utrzymać w stanie wysokiego ciśnienia przez długi czas. Żaden pojemnik nie utrzyma plazmy o temperaturze wielu milionów stopni i żaden tłok nie wytworzy w niej wymaganego ciśnienia. Mogą to jednak zrobić odpowiednio uformowane pola magnetyczne.
Urządzeniem, które za pomocą elektromagnesów wytwarza pierścień gorejącej plazmy, a następnie zgniata ją i trzyma z daleka od swoich ścian, jest tokamak. Nazwa ta wywodzi się z języka rosyjskiego, bo pierwsze urządzenie tego typu zbudowali Rosjanie: Igor Tamm i Andriej Sacharow. Obaj dostali nagrody Nobla, choć w różnych dziedzinach.
Tokamak jest reaktorem (toroidalnym, to znaczy mającym kształt opony samochodowej) o średnicy kilkudziesięciu metrów, w którym cewki magnetyczne są w stanie wytworzyć i utrzymać plazmę o temperaturze 100 milionów stopni! Aktualnie udaje się utrzymać taką plazmę przez ułamki sekund, ale kolejne wersje tokamaków osiągają coraz lepsze wyniki. W Rosji pracuje obecnie tokamak T-10, ale ustępuje on znacznie amerykańskiemu Alcator C-Mod, w którym ostatnio uzyskano najwyższe na świecie ciśnienie plazmy. Jednak największe szanse na sukces ma europejski tokamak ITER z południa Francji. Na jego budowę i utrzymanie przeznaczono 20 miliardów euro!