Czas na ponowne zakochanie się w fuzji jądrowej

Pozwólcie sobie na pobłażanie: Gdy nadejdzie fuzja, ręcznie robione słońca mogą za jednym zamachem wymazać wszystkie ludzkie problemy.

Jeśli FISJA JĄDROWA kojarzy się z katastrofą, to fuzja jądrowa kojarzy się z opóźnieniem i oszustwem. Żart o syntezie jądrowej, syntezie gwiazd wyhodowanych w laboratorium, polega na tym, że zawsze jest ona oddalona o 10 lat. Albo 20. Dwa samotne małe izotopy, każdy o żałośnie niskiej masie, łączą się w świętym elektromagnetyzmie w masywnym sztucznym gromie. Pozostałe jądro jest mniejsze niż masa reagujących jąder, a resztki masy zamieniają się w światło lub ciepło na mocy E = mc2.

Ale jakaż utopia zdaje się obiecywać fuzja. Nawet w obliczu żartów, dywagacji i oszustw, trudno być obojętnym na gwiezdne możliwości fuzji. Więc pobłażajmy: Gdy tylko fuzja się pojawi, ręcznie wykonane słońca, źródła nieograniczonej czystej energii, wymażą wszystkie ludzkie problemy za jednym zamachem. Nasze wspaniałe gwiazdy domowe, wymagające jedynie codziennego wodoru, który można wytworzyć w laboratorium, nie będą wydalać węgla ani odpadów radioaktywnych. Zamiast tego będą wydychać hel. Hel! Ten nieodnawialny zasób, który już jest na wyczerpaniu! Fuzja, moi przyjaciele, oznacza nie tylko nieskończoną energię bez węgla, ale i więcej balonów.

Fuzja oczywiście uratuje środowisko i zdekarbonizuje planetę Ziemię w chłodne popołudnie. Uczyni również – nie powstrzymuj mnie teraz – nieistotnymi wszystkie martwe kleptokracje naftowe, wojny handlowe i prawdziwe wojny prowadzone w ich imieniu. Kiedy energia będzie mogła być produkowana wszędzie, ze zwykłych domowych składników, państwa autorytarne nie będą już czerpać despotycznej władzy z wypadków geograficznych, lecz staną się świeckimi demokracjami, dzięki czemu będą mogły dzielić się poradami i sztuczkami dotyczącymi reaktorów termojądrowych w radosnej glasnosti i delektować się zbiorową radością i pokojem płonącej, zalanej planety, przywróconej do spokojnych odcieni zieleni i błękitu.

Nawet pomijając Shangri-la, fuzja jest ekscytująca tu i teraz. W grudniu 2022 roku – sto lat po tym, jak fizycy po raz pierwszy uznali fuzję za źródło mocy gwiazd – amerykańscy naukowcy z National Ignition Facility w Livermore w Kalifornii, gdzie zapłon jest sposobem na życie, dokonali przełomu. Wycelowali 192 lasery we wnętrze złotej puszki wielkości perły, zwanej hohlraum, tworząc kąpiel radiacyjną, która rozgrzała zewnętrzną część kulistej bryłki wodoru pokrytej diamentem w środku małej puszki.

Atomy odleciały z tej bryłki, zmuszając ją do implozji z prędkością prawie 400 kilometrów na sekundę – czyli czterokrotnie większą niż uderzenie pioruna. W ten sposób powstała plazma o temperaturze 100 milionów stopni pod ciśnieniem setek miliardów atmosfer – gaz tak gorący, że elektrony zostały uwolnione z jąder atomowych. O godzinie 1:03 5 grudnia ludzkość przekroczyła próg zapłonu fuzji jądrowej w laboratorium. Pierwszy błysk ręcznie wykonanego słońca. Choć zgasło dość szybko, po mniej niż 100 bilionowych części sekundy, reakcja wytworzyła 3,15 megadżula energii, gdy weszło zaledwie 2,05 – chwalebny 150-procentowy zwrot z inwestycji.

Nieco zniechęcająca jest pierwsza myśl Departamentu Energii USA, która została przedstawiona w fajnym filmie science-fiction, a mianowicie, że ten zapłon termojądrowy mógłby w jakiś sposób „wesprzeć” rządowy projekt wydłużenia czasu życia broni jądrowej. Ale nieważne. Przynajmniej 30 prywatnych firm zajmujących się fuzją na całym świecie obiecuje czystą energię opartą na przełomie z Livermore, a powietrze jest naładowane elektronami nadziei z czasów Kennedy’ego. Według badań przeprowadzonych przez Fusion Industry Association, większość z tych firm uważa, że energia elektryczna pochodząca z fuzji jądrowej będzie dostępna w sieci do 2030 roku. Nadszedł czas, aby zakochać się w fuzji, jak gdybyśmy nigdy wcześniej nie zostali zranieni.

ALE ZAWSZE dobrze jest zachować rozsądek, gdy chodzi o obietnice związane z fuzją. Zawsze, gdy w zasięgu ręki jest zarówno raj, jak i ogromne bogactwo, oszuści wykonują swój ruch. 23 marca 1989 roku, przed publicznością złożoną z owłosionych w piórka studentów Uniwersytetu w Utah i co najmniej jednego członka prezydium Kościoła Świętych w Dniach Ostatnich, elektrochemicy Stanley Pons i Martin Fleischmann oświadczyli – nie widząc niczego, co mogłoby być poddane recenzji – że „ustanowili trwałą reakcję syntezy jądrowej”. Trzymając w ręku coś, co wyglądało jak dziecięca butelka z długopisem, Pons powiedział zebranym, że wprowadzili deuter do metalowego pręta w temperaturze pokojowej za pomocą ogrodowych technik elektrochemicznych. Presto, utworzyli nowy atom. „Następuje znaczne uwolnienie energii”, powiedział Pons. „Pokazaliśmy, że można to podtrzymać. Innymi słowy, znacznie więcej energii wychodzi niż wkładamy.”

OK, w takim razie.

Aby nikt nie miał wątpliwości, że ci chemicy (ciekawe: nie fizycy jądrowi) naprawdę stworzyli swój własny atom, Pons zapewnił słuchaczy, że on i Fleischmann znaleźli produkty uboczne reakcji jądrowej: dowody na fuzję. Co więcej, ciepło generowane przez ich eksperyment na stole było przypisane tylko tym produktom ubocznym. Nie da się tego wyjaśnić żadnym znanym procesem chemicznym” – powiedział z nutą irytacji.

Niemal natychmiast inni elektrochemicy próbowali powtórzyć wyniki. Nie udało im się. Inne (znane) procesy chemiczne wydawały się generować ciepło. Kiedy Pons i Fleischmann w końcu opublikowali pracę, ich praca została uznana za fikcyjną. Przedstawili błędnie swoje produkty uboczne. Obaj panowie uciekli do Francji, gdzie pracowali w laboratorium badawczym Toyoty; nigdy nie zostali ukarani ani nawet odsunięci od nauki. Jednak hipoteza „zimnej fuzji” została zbagatelizowana. Dziś ci, którzy w nią wierzą, utworzyli rodzaj pokrzywdzonego minikultu. W dziwnym stanie umysłu, z którego znani są lekarze antyszczepionkowcy, ekipa „zimnej fuzji” okopała się, a jej członkowie teraz narzekają, że zostali wykluczeni z elitarnych czasopism i renomowanych konferencji.

Najnowsze odkrycia Livermore są ostrożnie opisywane jako gorąca fuzja.

Dla tych, w których snach tańczą połączone jądra, rozróżnienie zimna-gorąca jest pocieszające. Letni nicburger z czasów George’a H. W. Busha wydaje się być daleki od prawdziwej fuzji, białej odmiany produkowanej przez awangardowe DOE sekretarza energii Jennifer Granholm. Czym jest domowe słońce bez niewiarygodnego ciepła?

National Ignition Facility to 10-piętrowy kompleks laserowy o szerokości trzech boisk do piłki nożnej, a jego imponujące rozmiary sprawiają, że tabletowa szarada Pons-Fleischmann staje się jeszcze bardziej śmieszna. I tym razem, jeśli chodzi o fuzję, znani fizycy – w tym Tammy Ma, fizyk plazmowy; Annie Kritcher, fizyk eksperymentalny; i Kim Budil, fizyk laserowy i dyrektor Narodowego Laboratorium Lawrence’a Livermore’a – nie wyskoczyli z pistoletem na przedpublikacyjną konferencję prasową i nie rozpoczęli nieudanej próby replikacji wśród innych naukowców. Zamiast tego, przez dziesięciolecia naukowcy z National Ignition Facility gromadzili prace, opisując ostatnio, jak zapłon poprzez fuzję był możliwy (w sierpniu 2021), a następnie jak do niego doszło (w grudniu 2022).

Po drodze, wypowiedzi dla mediów z LLNL oferowały więcej nauki niż przepowiedni. Kritcher, główny projektant jednego z eksperymentów z 2021 roku i pierwszy autor jednej z powstałych prac, wyjaśniła, jak jej zespół doprowadził fuzję do progu zapłonu termojądrowego. Nie skupiła się na wielkich obietnicach, ale na kluczowym wyzwaniu dla każdego, kto próbuje połączyć jądra atomowe: Energia lasera musi trafić do wiązek i trafić w cel wodorowy. Jedno z ulepszeń? „Skrócenie czasu wybiegu dzięki bardziej wydajnym hohlraumom w porównaniu z poprzednimi eksperymentami było kluczowe w przechodzeniu pomiędzy reżimem płonącej plazmy i zapłonu”, powiedziała.

Ciepło, światło, materia: To niezwykle satysfakcjonujące, gdy najbardziej zaawansowana technologia na ziemi jest również najbardziej elementarna. Jestem tu, by zapisać się do reżimu zapłonu, zwłaszcza jeśli oznacza to panowanie fuzji jądrowej i jednoczesny zmierzch węgla i kleptokracji. Ale znacie mnie: Jestem w tym tak czy inaczej, nawet jeśli reżim zapłonu jest na razie tylko trwającą iskierką nadziei, że ludzie mogą jeszcze jakoś ulepszyć świat, studiując gorącą plazmę i bijąc laserami w złote puszki.


Zostaw komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Scroll to Top