Gotovo romantično zvuči opisati nuklearnu fuziju kao “fenomen koji pokreće Sunce”. Stvoriti upravo to - izvor neograničene čiste energije na Zemlji, cilj je istraživanja koja se provode još od ranih pedesetih godina.
Stoga je snažno u cijelom svijetu, ne samo među znanstvenicima koji se bave fuzijom, odjeknula vijest koja je ovoga tjedna stigla iz Nacionalnog laboratorija Lawrence Livermore u Kaliforniji u kojemu se nalazi National Ignition Facility (NIF), postrojenje za ‘paljenje’, vodeće eksperimentalno postrojenje programa nuklearnog oružja američkog Ministarstva energetike, osmišljeno za proučavanje termonuklearnih eksplozija. Upravo je u tom postrojenju, naime, uz korištenje laserskog uređaja velike snage, postignut fenomen ‘paljenja’, odnosno pokretanja nuklearne reakcije koja stvara više energije nego što je troši.
Energija je pitanje od ključne važnosti za sve nas, osobito danas kad se stvara potreba da čovječanstvo što prije prestane ovisiti o fosilnim gorivima i koristiti ih, te prijeđe na korištenje čistih i obnovljivih izvora energije.
Postignuće američkih znanstvenika naziva se “nevjerojatnim”, “prekretnicom”, itd., ali među reakcijama su i upozorenja kako ostaje dug put do postizanja krajnjeg cilja, stvaranja izvora gotovo neograničene čiste energije, ‘maloga Sunca’. Nature upozorava kako je planirano da NIF paljenje postigne do 2012. godine, no to se nije dogodilo. projekt se suočavao s kritikama zbog kašnjenja i prekoračenja troškova. Na koncu su uspjeli, ali u čemu točno?
Sjajna vijest, ali...
O tome smo razgovarali s dr. Tončem Tadićem, fizičarem s Instituta Ruđer Bošković, koordinatorom Hrvatske fuzijske istraživačke jedinice u sklopu europskog projekta stvaranja fuzijske energije EURO-fusion, odnosno hrvatskog programa istraživanja fuzije sa sjedištem u IRB-u.
Što su zapravo postigli američki znanstvenici i koliko je njihovo otkriće važno?
- Ovo jest sjajna vijest - dobiveno je više energije iz fuzije od energije lasera korištenih na grijanje kuglice s fuzijskim gorivom. Međutim nedostaje ključni podatak: koliko je energije utrošeno na “pumpanje” tih lasera? Ona je sigurno prilično veća od dobivene energije fuzije. Tek tada bismo imali sliku balansa energije za ovaj eksperiment. Ovako nije jasno što smo dobili.
Na koji se način ono što se radi u NIF postrojenju može usporediti s onim što se radi u okviru projekta EUROfusion?
- Laserska ili “inercijalna” fuzija temelji se na grijanju plazme kompresijom kuglice goriva jakim laserima, dok se ne dostigne traženih 150 milijuna stupnjeva nužnih za “paljenje” fuzijske reakcije. Time se praktično pokreće minijaturna termonuklearna eksplozija. Uspije li laserska fuzija doista dobiti višak energije, čeka ih isti posao kao i “magnetnu” fuziju – razviti materijale za takav fuzijski reaktor, te koncept takve fuzijske elektrane, dakle kako brzo “pumpati” lasere kako bi se svakih par sekundi ubacila kuglica goriva, pokrenula termonuklearna eksplozija, te dobila korisna energija itd.
Za razliku od toga, “magnetna” fuzija u tokamaku zasniva se na grijanju plazme mikrovalovima, te na održavanju vruće plazme na okupu vrlo jakim magnetnim poljima, radi stabilne i dugotrajne kontrolirane fuzijske reakcije.
Tokamak JET
Napominjem kako su EUROfusion i EU agencija Fuzija za energiju razradili koncept fuzijske elektrane temeljene na “magnetnoj” fuziji. Ujedno napominjem kako svi veliki igrači u svijetu fuzije: EU, SAD, Japan, Kina, Rusija, Koreja i Indija surađuju na “magnetom” fuzijskom reaktoru ITER (Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor). Kao i to da na najvećoj svjetskoj fuzijskoj konferenciji SOFT koja se u Dubrovniku održavala od 18. do 23. rujna ove godine nije bio ni jedan prilog iz svijeta “inercijalne” laserske fuzije.
New Scientist piše: Nuklearni fuzijski reaktor navodno je prvi put ikad proizveo više energije nego što je u njega uloženo. Jesu li, zapravo, Amerikanci pretekli Europljane u istom nastojanju?
- Ne bih rekao. U studenom 2021. godine čitav svijet je čuo za istu količinu fuzijske energije dobivene iz “magnetne” fuzije u režiji EUROfusiona u fuzijskom reaktoru tokamaku JET u Oxfordshireu. Stabilna fuzijska reakcija je trajala punih šest sekundi. Nije doduše dobiveno više energije od uložene u grijanje plazme, no to se kani postići na ITER-u, koji će imati dovoljno veliki volumen za to.
SAD nema takav uređaj, odnosno imali su ga pa su ga demontirali krajem 1980-ih, jer kod njih nema stalnog, postojanog financiranja fuzije na saveznoj razini. Osim toga, jedino Eropska unija i Kina imaju jasno razrađene strategije dobivanja energije iz fuzije, dok SAD ide od spektakla do spektakla.
Zapravo je čudesno koliko se novca iz privatnog sektora sada kreće prema fuziji i u SAD-u i u EU-u i Japanu i Kini i Koreji. No molio bih oprez i ulaganje u dobro definirana istraživanja s jasnim konačnim ciljem dobivanja fuzijske elektrane. Kako bilo, dobro je vidjeti taj interes privatnog sektora. Ja se zalažem za to od početka, jer kad Europska unija bude gradila svoju fuzijsku elektranu DEMO, bit će to sigurno u javno-privatnom partnerstvu EUROfusiona, EU agencije Fuzija za Energiju i privatnog sektora EU-a.
Što je cilj projekata EUROfusion i DEMO, kako napreduju?
- EUROfusion je fuzijski program EU-a u kojemu je Institut “Ruđer Bošković” jedan od osnivača. Cilj je naravno za Europsku uniju stvoriti fuzijsku elektranu DEMO, kroz ključne projekte ITER i DONES. ITER bi trebao dobiti “goruću plazmu”, dakle stabilnu fuzijsku reakciju koja daje pet do deset puta više energije od uložene. A DONES bi trebao pripremiti fuzijske materijale za DEMO, izdržljive na te ekstremne uvjete. Ni ovo u SAD-u neće dovesti do fuzijske elektrane bez neke američke verzije DONES-a.
Kako je s interesom, a i s ekipiranošću privatnog sektora u Hrvatskoj za poslove vezane uz projekte nuklearne fuzije? Koliko su domaći poduzetnici upoznati s tim projektima, koliko su uključeni i s kakvim djelatnostima?
- Zapanjujuće je da Hrvatska po vrijednosti dobivenih poslova na gradnji ITER-a, ali i općenito na poslovima vezanim uz fuziju “strši” daleko iznad svih ostalih članica EU-a ove veličine. S nama je usporediva jedino Belgija. Znam da vam je to teško povjerovati, jer je u nas uvriježeno mišljenje kako je najveći high-tech u Hrvatskoj armirano-betonska deka i carpaccio od tune. No nije tako. Na listi kompanija podobnih za gradnju ITER-a pri europskoj agenciji Fuzija za Energiju imamo jednaki broj registriranih naših kompanija kao Austrija ili Finska. Ti poslovi mahom uključuju metalski sektor i elektro-sektor. Dakle, metalne konstrukcije, kranovi, precizno zavarivanje, daljinski upravljana opreme, senzori, laseri, kabliranja, provodnici, izolatori itd.
’Goruća plazma’
Kada Europska Unija planira graditi svoju fuzijsku elektranu DEMO, i gdje, ili lokacija još nije poznata?
- Njezina gradnja trebala bi početi krajem idućeg desetljeća, dakle nakon dobivanja “goruće plazme”, komada Sunca na ITER-u, te nakon dobivanja informacija o izdržljivosti raznih materijala na DONES-u. Gdje će biti ne znam, ali slutim tamo gdje za to postoji dobra mreža dalekovoda.
Može li fuzijska energija riješiti - i kad - globalne energetske probleme, prvenstveno zaustaviti korištenje fosilnih goriva, i time utjecati na smanjenje klimatske krize?
- Da, naravno. Izvor energije koji ne stvara istrošeno nuklearno gorivo, a ima svog goriva u izobilju u moru i kori zemlje - dakle deuterija i litija od kojeg se dobiva tricij - definitivno je prekretnica u povijesti. Napominjem kako je za ovu oslobođenu energiju u SAD u “inercijalnoj” fuziji, kao i za onu energiju dobivenu iz “magnetne” fuzije prije godinu dana u režiji EUROfusiona u fuzijskom reaktoru tokamaku JET u Oxfordshireu, trebalo u oba slučaja samo par mikrograma fuzijskoga goriva! Da ste htjeli postići isto s ugljenom, plinom ili naftom, trebalo bi vam 300.000 puta više goriva!
Za zadovoljiti energetske potrebe Zagreba u svim aspektima: industrija, prijevoz, grijanje itd., treba oko 200.000 tona nafte godišnje, no isto se može postići sa samo 60 kilograma fuzijskoga goriva!
Sredina stoljeća
Koliko smo daleko od toga da imamo nuklearne fuzijske elektrane koje funkcioniraju kao permanentni izvori (čiste) energije?
- Vjerujem da ćemo to imati sredinom ovog stoljeća. Tehnologija jako napreduje.
Imaju li ljudi razloga strepiti od ove vrste nuklearki kao što strepe od ‘običnih’, fisijskih?
- Strepnja i od “običnih” je besmislena i napuhana, jer polazi od bedaste pretpostavke da su svi koji rade u nekoj nuklearki samoubojice. Ili da su oni koji projektiraju nuklearke zli znanstvenici koji žele pobiti zaposlenike i građane okolo. Uostalom, najveća medicinska posljedica Černobila ili Fukushime je masovna psihoza. Kod fuzije su rizici još manji, jer je taj proces vrlo teško pokrenuti, a vrlo jednostavno zaustaviti – naprosto prestankom dotoka fuzijskog goriva, dakle razrijeđenog plina. Kako je taj plin zapravo vodik, odnosno izotopi vodika, pri proboju fuzijskog reaktora stvorilo bi se par desetaka kilograma vodene pare. I to je to.
