Koliko smo daleko od nuklearne fuzije kao stvarnog izvora energije?

Nedavni uspjeh kineskih znanstvenika u postizanju veće gustoće plazme u tokamaku, iznad tzv. Greenwaldove granice, predstavlja važan znanstveni iskorak koji bi mogao imati značajan utjecaj na razvoj nuklearne fuzije. Zašto je to bitno i koliko bi energija dobivena tim putem bila efikasnija i čišća od one "tradicionalne" dobivene iz fosilnih i nuklearnih izvora pojasnio je nuklearni fizičar Tonči Tadić.

Što je Greenwaldov prag?

Kako je objasnio, Greenwaldov prag definira teorijsku granicu gustoće plazme u tokamaku – uređaju u kojem plazma kruži zahvaljujući induciranoj električnoj struji, slično sekundarnoj zavojnici transformatora. Ako se u plazmu ubaci previše čestica, dolazi do nestabilnosti i opasnih izboja na rubovima reaktora, poznatih kao ELM-ovi (Edge Localized Mode), koji mogu ozbiljno oštetiti stijenke reaktora.

Kineski znanstvenici, prema Tadićevim riječima, uspjeli su kombinacijom magnetskih polja i mikrovalnog grijanja rubova plazme spriječiti naglo hlađenje, što je omogućilo snažnije sabijanje plazme bez opasnih izboja.

Riječ je o uspjehu koji nitko nije očekivao, ali povijest fuzije pokazuje da se veliki proboji ponekad događaju slučajno, kao što je 1994. otkriven H-mod, režim visoke zadržanosti plazme, rekao je Tadić.

Dodao je da je ITER, najveći svjetski fuzijski reaktor koji se gradi u Francuskoj uz sudjelovanje EU-a, SAD-a, Kine, Japana, Indije, Rusije i Južne Koreje, upravo temeljen na H-modu te da bi mogućnost sigurnog prelaska Greenwaldove granice dodatno povećala izglede za stabilnu fuziju.

Koliko smo danas daleko od nuklearne fuzije kao stvarnog izvora energije?

Prema Tadiću, najveći globalni akteri u području fuzije – EU, Kina, Japan, SAD i Južna Koreja – očekuju da bi se fuzijske elektrane mogle pojaviti u drugoj polovici ovog stoljeća. Njemačka, primjerice, planira početak gradnje prve fuzijske elektrane oko 2040., s priključenjem na mrežu oko 2050. godine.

Ključni preduvjet je postizanje stabilne fuzijske reakcije koja proizvodi više energije nego što se ulaže u zagrijavanje plazme. Iako je europski tokamak JET u Velikoj Britaniji prije nekoliko godina postigao rekordnu fuzijsku energiju u impulsu koji je trajao šest sekundi, još uvijek je utrošeno više energije nego što je proizvedeno.

ITER bi, ističe Tadić, trebao prvi ostvariti tzv. Lawsonov kriterij – stanje u kojem plazma sama sebe zagrijava fuzijskim reakcijama i proizvodi višestruko više energije od uloženog.

ITER se ubrzano gradi, svi građevinski radovi su završeni, zavojnice su gotove i testiraju se, a plan je dobiti tzv. goruću plazmu između 2035. i 2039. godine, rekao je.

Koliku ulogu u svemu imaju privatni investitori?

Privatni kapital sve se snažnije uključuje u razvoj nuklearne fuzije, no Tadić prema tome zadržava dozu opreza. U svijetu danas postoji oko 40 privatnih kompanija koje tvrde da razvijaju fuzijsku tehnologiju, ali, upozorava, ne raspolažu sve potrebnim znanjem i nuklearnim iskustvom.

Fuzijski reaktor je nuklearni reaktor, emitira neutrone i mora zadovoljiti stroge sigurnosne standarde. Ne može ga graditi netko tko nema ozbiljne reference u nuklearnoj tehnologiji, naglasio je.

Dodao je da dio privatnih ulaganja počiva više na financijskim očekivanjima nego na stvarnom znanstvenom utemeljenju, spomenuvši i ulazak Trumpove organizacije u financiranje jedne američke fuzijske tvrtke kao pokazatelj koliko je to područje postalo privlačno investitorima.

Bez materijala nema fuzijske elektrane

Čak i kada bi se postigla stabilna fuzija, ostaje veliki izazov razvoja materijala koji mogu dugoročno izdržati snažno neutronsko zračenje. Upravo tu ulogu ima projekt DONES, u kojem sudjeluje i Hrvatska zajedno sa Španjolskom, a kojem su se pridružili Euratom, Japan i Italija.

Cilj DONES-a je razvoj i testiranje novih legura koje bi mogle izdržati uvjete u fuzijskoj elektrani tijekom desetljeća rada.

Bez takvih materijala fuzijska elektrana ne može biti dugoročno održiva, nego bi se raspala nakon kratkog vremena, upozorio je Tadić.

Zaključio je da i dalje postoji niz tehnoloških prepreka, ali očekuje da bi se ključni problemi mogli riješiti u idućem desetljeću, čime bi se fuzija iz znanstvenog sna sve više približila stvarnosti.