Otwórz schowek Brak ulubionych odcinków
Energia fuzji – na jakim etapie są prace nad elektrownią termojądrową?

Energia fuzji – na jakim etapie są prace nad elektrownią termojądrową?

Epizod: E183
Pobierz Dodaj do ulubionych

Udostępnij odcinek

Epizod: E183
Pobierz Dodaj do ulubionych

Udostępnij odcinek

Dodaj do ulubionych
Pobierz odcinek

Udostępnij odcinek

Zobacz notatnik z odcinka
prof. Agata Chomiczewska

prof. Agata Chomiczewska

Kierowniczka Laboratorium Badań Plazmy Metodami Spektroskopowymi w Zakładzie Fuzji Jądrowej i Spektroskopii Plazmy, Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy im. Sylwestra Kaliskiego. Zainteresowania badawcze: kontrolowana fuzja termojądrowa, zanieczyszczenia plazmy, duże urządzenia badawcze (JET, ASDEX-Upgrade, TCV, W7-X).

Odpowiednie temperatura, gęstość, czas utrzymania. Te trzy elementy są potrzebne, żeby doszło do wydajnej reakcji fuzji jądrowej – mówi w Radiu Naukowym prof. Agata Chomiczewska. Weźmy temperaturę. Aby dokonać fuzji jądrowej, plazmę złożoną z deuteru i trytu (izotopy wodoru) trzeba rozgrzać do ok. 150 mln stopni (to 10 razy więcej niż w centrum Słońca). W ziemskich warunkach właśnie w takich temperaturach dochodzi do pokonania sił elektrostatycznych, odpychających od siebie dodatnio naładowane jądra. Rozpędzone jądra łączą się, uwalniając przy tym energię.  

Elektrownie oparte o reakcje fuzji jądrowej dawałyby nam nieemisyjną energię z wykorzystaniem niewielkich ilości paliw, a w dodatku uniezależnioną od pogody.

Prof. Agata Chomiczewska jest szefową Laboratorium Badań Plazmy Metodami Spektroskopowymi w Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy im. Sylwestra Kaliskiego. Ta instytucja jest częścią konsorcjum Eurofusion, pracującego nad wdrożeniem fuzji jądrowej. Eurofusion zbudowało np. znajdujący się w Wielkiej Brytanii JET. Ten tokamak, o którym mogliście słyszeć ze względu na niedawne sukcesy, właśnie odchodzi na emeryturę. Tokamakiem, czyli rodzajem reaktora termojądrowego, będzie też właśnie montowany (choć z opóźnieniami) eksperymentalny ITER, nad którym pracują naukowcy z całego świata: Europy, USA, Chin i nie tylko. Ma być kluczowy dla rozwinięcia technologii. Alternatywą dla tokamaków są stellaratory, ale te są aktualnie słabiej rozwinięte.

Prof. Chomiczewską pytam, dlaczego na elektrownie oparte na fuzji musimy czekać od dekad. Dlaczego ciągle słychać o opóźnieniach? – To są skomplikowane urządzenia, a opóźnienia biorą się często z licznych drobnych problemów – wyjaśnia. – Zdarzyło się, że przywiezione elementy zaczęły pękać, zwrócono je producentowi. Ponowna konstrukcja może potrwać kilka lat – dodaje. Chodzi tutaj bowiem o technologie szyte na miarę.

Tak może w przyszłości wyglądać teren elektrowni termojądrowej. Źródło: EUROfusion Consortium i F4E



W odcinku usłyszycie, jak rozumieć różne doniesienia o przełomach w branży fuzji jądrowej, na kiedy planuje się postawienie realnie pracującej elektrowni. Będziecie też pewnie zaskoczeni, ile energii można wykrzesać z miligramów paliwa.

Radio Naukowe działa dzięki społeczności wspierającej nas na https://patronite.pl/radionaukowe.  Bardzo dziękuję! Mamy kolejne plany rozwoju, jeśli chcesz w nich pomóc – każda kwota ma znaczenie.

TRANSKRYPCJA

Karolina Głowacka: Studio Radia Naukowego odwiedziła pani profesor Agata Chomiczewska. Dzień dobry.

Agata Chomiczewska: Dzień dobry.

K.G.: Szefowa Laboratorium Badań Plazmy Metodami Spektroskopowymi w Instytucie Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. Fuzja jądrowa, jej okiełznanie i wykorzystanie dla pozyskania czystej energii dla ludzkości, niemal nieograniczonej – tak się o tym od lat opowiada. Muszę od tego zacząć dla tych wszystkich, którzy trochę znają temat. Powiedziałam patronom Radia Naukowego, że będę z panią rozmawiać i wiedziałam, że takie głosy się pojawią. Pan Robert: „O tokamakach i fuzji słychać już od lat siedemdziesiątych”. Pan Patryk: „W tzw. ogólnym przekazie wciąż słyszymy: za dwadzieścia lat będzie – niezależnie od momentu, kiedy to słyszymy”. Będziemy rozwijać ten wątek, ale tak na moment, króciutko – jesteśmy bliżej?

A.C.: Tak, myślę, że tak.

K.G.: Dobrze. No to w takim razie skoro już to mamy, to opowiemy państwu teraz po kolei, o co chodzi w tym temacie. Jeszcze tylko wyjaśnię, dlaczego właśnie z panią profesor na ten temat. Dlatego, że mamy w Europie takie konsorcjum EUROfusion, które zajmuje się fuzją jądrową jako źródłem energii przyszłości, a reprezentantem Polski w tym konsorcjum jest właśnie Instytut Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, w którym pani profesor pracuje. Wyjaśnimy wszystkie pojęcia, zaczniemy od fizyki ludzkości i jej potrzeb, ale nie odejdziemy też od polityki. To może na początek o tej plazmie, bo to jest taki stan skupienia, o którym się często zapomina, a tymczasem jest bardzo popularny, jeśli nie najpopularniejszy.

A.C.: Dokładnie. Na pewno wiemy o trzech stanach materii – o ciele stałym, o gazie i o cieczach. Jeżeli wyobrazimy sobie np. lód, to wiemy, że jest on ciałem stałym. Jeśli go podgrzejemy, to stanie się cieczą. Jeżeli będziemy tę ciecz podgrzewać, to uzyskamy parę wodną. Jeżeli tę parę, czyli gaz, będziemy dalej podgrzewać, to uzyskamy plazmę. A czym jest plazma? Jest to zjonizowany gaz, w którym jony i elektrony poruszają się swobodnie. Wiemy, że atom jest zbudowany z jądra atomowego i elektronów krążących po orbitach wokół tego jądra. Jeśli elektrony zostaną oderwane od powłok, powstaną jony, czyli naładowane dodatnio jądra, bo elektrony są naładowane ujemnie. Najlżejszym pierwiastkiem jest wodór i on ma jeden elektron. Jeżeli ten elektron zostanie usunięty, to mamy samo jądro. Jeżeli mamy inne pierwiastki, które mają więcej elektronów na powłokach, to nawet jak oderwiemy jeden elektron, to też mamy do czynienia z jonem. 

K.G.: Czyli w plazmie nie ma już tego, co znamy klasycznie – jądro i krążące wokół niego elektrony, tylko jakiś taki niemalże chaos, tak? Te jądra i elektrony latają osobno?

A.C.: Też, ale zależy, jaka plazma. Jeżeli mamy plazmę zanieczyszczoną różnymi pierwiastkami, to będziemy mieli też jony cięższych pierwiastków.

K.G.: Czyli pozbawione części elektronów.

A.C.: Tak. I one będą nam troszkę szkodzić w takiej czystej plazmie, ponieważ będą emitować promieniowanie, co będzie wychładzało plazmę.

K.G.: To już mówi pani tak technicznie.

A.C.: Tak – co będzie ją rozcieńczało. Musimy unikać takich jonów wyższych pierwiastków.

K.G.: I oczywiście mówienie o plazmie w tym kontekście nie jest przypadkowe dlatego, że jest to szalenie popularny stan skupienia i coś, co obserwujemy bardzo często, ale o tym nie pamiętamy. Bo co jest plazmą? Gwiazdy są plazmą.

A.C.: Tak. Nasze Słońce, wszystkie gwiazdy, nawet zorza polarna, nawet płomień świecy jest plazmą. Tylko są to plazmy o różnych temperaturach. Wiadomo, płomień świecy może mieć temperaturę od ośmiuset do tysiąca trzystu stopni. Piorun trzydzieści tysięcy stopni Celsjusza. We wnętrzu Słońca mamy do czynienia z temperaturą piętnastu milionów stopni Celsjusza. Na zewnątrz Słońca jest to około pięciu tysięcy. 

K.G.: Spora różnica.

A.C.: Tak. Więc tutaj mówimy o różnych plazmach nisko- i wysokotemperaturowych. 

K.G.: I dlatego mówimy o plazmie w kontekście fuzji jądrowej. Dlatego, że plazmą są de facto gwiazdy. I państwo jako naukowcy chcą właśnie te reakcje, które dzieją się w gwiazdach, ściągnąć tutaj na Ziemię, opanować je i dzięki temu wytwarzać energię. O to tutaj chodzi, tak? W całej tej wielkiej opowieści o energii przyszłości, która może nas czekać.

A.C.: No właśnie synteza jest tak jakby źródłem ciepła i energii pochodzącym od Słońca czy innych gwiazd. Proszę sobie wyobrazić, że Słońce emituje czterdzieści tysięcy watów energii z jednego centymetra kwadratowego powierzchni. Więc jest to bardzo dużo energii. W ciągu jednej sekundy jest emitowane milion więcej razy energii, niż cały świat zużywa w ciągu roku. 

K.G.: Ale Słońce jest też wielokrotnie większe niż Ziemia.

A.C.: Tak. W Słońcu panuje też ogromna siła grawitacji, dlatego może tam dojść do tej syntezy. W warunkach ziemskich musimy szukać czegoś innego. Tego, co będzie dostosowane do tych warunków.

K.G.: To jeszcze powiedzmy w takim razie, na czym polega ta fuzja jądrowa, ta reakcja, nad którą od lat się pracuje. To jest odwrotność tego, co się dzieje we współcześnie istniejących elektrowniach jądrowych?

A.C.: Fuzja, czyli synteza jądrowa polega na łączeniu się jąder lekkich pierwiastków. W wyniku tego łączenia powstaje jądro cięższego pierwiastka i jest uwalniana energia. Dlaczego jest uwalniana? Ponieważ te jądra lżejszych pierwiastków mają większą masę niż jądro cięższego pierwiastka. I ta różnica masy jest zamieniana na energię. Według równania Einsteina E = MC2.

K.G.: Ale dlaczego się tak dzieje w gwiazdach? Bo to jest ta kwestia warunków. Muszą być bardzo specyficzne warunki, żeby zmusić do tejże fuzji. Bo cząstki elementarne wcale nie są do tego chętne. Musi dojść np. do ogromnej temperatury w połączeniu z ciśnieniem. Jakie warunki muszą być spełnione? 

A.C.: Na pewno musi być wysoka temperatura, żeby pokonać takie elektrostatyczne odpychanie się jąder. Jak wiemy, ładunki jednoimienne się odpychają.

K.G.: Czyli dodatnie będą się odpychały.

A.C.: Tak. I my dzięki takiej wysokiej temperaturze możemy spowodować, że te jądra będą się poruszały szybciej i będą się ze sobą zderzać. W tych wysokich temperaturach siły elektrostatycznego odpychania będą pokonane.

K.G.: Przez tę energię. Bo temperatura to jest de facto to, jak energetycznie cząstki się poruszają. Czyli one są tak rozpędzone, że po prostu mimo tego, że chętnie by się odepchnęły, to w związku z tą niesamowitą energią, z jaką się poruszają, zderzą się ze sobą i mogą się połączyć – o to tutaj chodzi. Ale jest też istotne ciśnienie np. w Słońcu, prawda?

A.C.: Też, oczywiście gęstość. Może już przejdę do warunków ziemskich – aby doszło do syntezy, są istotne trzy wielkości. Temperatura, gęstość i czas utrzymywania. Żeby doszło do tych reakcji syntezy, żeby ta reakcja była najbardziej wydajna.

K.G.: Żeby cząstki miały czas na to, żeby się połączyć.

A.C.: Tak. Ponieważ naładowane cząstki same z siebie uciekają. Więc musimy je jakoś tak utrzymać, żeby doszło do tych zderzeń, do zainicjowania reakcji syntezy.

K.G.: Zagaduję panią o te warunki, szczególnie jeśli chodzi o ciśnienie i gęstość w Słońcu dlatego, że to, co państwo jako naukowcy nawet nie tyle próbują uzyskać, ile już uzyskują i coś, co po prostu rozpala wyobraźnię, jest konieczność uzyskania na Ziemi wyższych temperatur niż te, które są w jądrze Słońca, wyższych niż te piętnaście milionów stopni. To są rzeczy zupełnie niewyobrażalne, tymczasem wy to robicie. Dlaczego te temperatury muszą być wyższe i jak wysokie one muszą być?

A.C.: Po prostu w warunkach ziemskich najłatwiejszą do przeprowadzenia reakcją syntezy jest reakcja deuteru i trytu. Są to izotopy wodoru. One różnią się budową jądra. Deuter ma w jądrze jeden proton i jeden neutron. Tryt ma dwa neutrony i jeden proton. Aby w warunkach ziemskich doszło do syntezy deuteru z trytem, potrzebujemy temperatury rzędu stu pięćdziesięciu milionów stopni Celsjusza. Więc jest to dziesięć razy wyższa temperatura niż w jądrze Słońca.

K.G.: Jakim sposobem można uzyskać takie temperatury? Przypominam o tym porównaniu – to jest dziesięć razy więcej niż w centrum gwiazdy, która ogrzewa i daje energię całemu naszemu Układowi, Ziemi, przegrzewa Wenus, przegrzewa Merkurego itd. Jak to można zrobić?

A.C.: To wszystko zależy od urządzenia, w którym badamy te reakcje syntezy termojądrowej. Tokamak to urządzenie, które działa trochę na zasadzie transformatora. Mamy tam uzwojenie pierwotne, uzwojenie wtórne transformatora. Jest to właśnie prąd generowany w plazmie. I ten prąd się nagrzewa jak w takim elektrycznym kablu. Jest to prąd omowy, który początkowo nagrzewa plazmę. Jednak to omowe grzanie nie jest wystarczające do uzyskania tak wysokich temperatur, więc stosujemy jeszcze dodatkowe zewnętrzne metody grzania i np. możemy grzać plazmę przy pomocy mikrofal. Wiemy, jak działa mikrofalówka: jest emitowana fala – w urządzeniach typu tokamak o długościach fal radiowych albo gigahercowych – do grzania albo jonów, albo elektronów. Poza tym jest jeszcze inny system grzania.

K.G.: Zatrzymam panią tutaj, bo my mamy w domu te mikrofalówki, ale pewnie często nie wiemy, jak one działają. To znaczy, jak to jest, że promieniowanie mikrofalowe może nagrzewać? Ono jakoś oddaje energię tym cząstkom? Co tam się dzieje?

A.C.: Generujemy generatorem fale o pewnej częstotliwości dostosowanej do częstotliwości rezonansowej tych elektronów czy jonów. I wtedy taka fala przy zderzeniu z tymi cząstkami, jonami czy elektronami przekazuje swoją energię. 

K.G.: Bo ta fala to są przecież fotony – też trzeba o tym pamiętać.

A.C.: Tak. I wtedy następuje przyspieszenie tych cząstek plazmy i one poprzez chaotyczny ruch się nagrzewają.

K.G.: Dobra, to jest jeden sposób. A drugi?

A.C.: Drugi to jest to, że wprowadzamy do plazmy wysokoenergetyczną wiązkę cząstek neutralnych. One są też początkowo przyspieszone do pewnych prędkości i przekazują swoją energię cząsteczkom plazmy. 

K.G.: Czyli je rozpędzają i ta temperatura wzrasta. Powiedziała pani o tokamakach, więc w takim razie jest to dobry moment, żeby opowiedzieć o tych dwóch, o ile wiem, najbardziej popularnych sposobach czy urządzeniach, które badają fuzję jądrową. Tokamaki są szczególnie rozwinięte, ale są też stellaratory. To najpierw tokamaki – co to takiego, jak to wygląda i jakim sposobem tę ekstremalnie rozgrzaną plazmę możecie utrzymać tak, żeby wam nie popaliła tych wszystkich urządzeń, które są w środku? No bo rozumiem, że jakby dotknęła, to wszystko byłoby zniszczone.

A.C.: Tak. Zarówno tokamaki, jak i stellaratory są badane w jednym kierunku utrzymywania plazmy, czyli z magnetycznym utrzymywaniem plazmy. W przypadku tokamaków mamy do czynienia z takim transformatorem. Mamy rdzeń transformatora, na ten rdzeń, który idzie jakby przez środek urządzenia, nawijamy cewki pola magnetycznego. Wokół tego rdzenia mamy komorę próżniową, która jest wykonana z różnych metali i jest w kształcie torusa, czyli takiego amerykańskiego pączka, donuta. Wokół tego pączka są też nawinięte cewki pola magnetycznego. I to pierwotne uzwojenie, czyli to nawinięte na rdzeniu tego transformatora generuje prąd w plazmie. Cewki wokół torusa są bardziej odpowiedzialne za utrzymywanie kształtu plazmy.

K.G.: Czyli właśnie, żeby nie dotknęła.

A.C.: Tak. Mamy też wypadkowe pole. Bo jedno jest pole poloidalne, a drugie toroidalne. I wypadkowym polem jest takie pole spiralne. Wiemy, że cząsteczki plazmy poruszają się wzdłuż linii pola magnetycznego ruchem okrężnym. Dzięki temu możemy izolować przez to pole magnetyczne plazmę od ścian, bo wiemy, że ściany wykonane z metalu nie wytrzymałyby takich wysokich temperatur. Oczywiście sama reakcja syntezy zachodzi w centralnej części plazmy, nie na jej brzegu. Na brzegu mamy temperatury trzystu stopni Celsjusza, więc widać tę różnicę.

K.G.: Trzystu czy trzystu tysięcy?

A.C.: Trzystu.

K.G.: No to ogromna różnica.

A.C.: Na odległości jednego metra mamy takie duże różnice temperatur. Przy brzegu trzysta stopni Celsjusza, a w centrum piętnaście milionów. Są elementy konstrukcyjne w reaktorach typu tokamak, które się nazywają dywertor. I w tym dywertorze temperatury są nieco wyższe, bo tam są największe obciążenia termiczne. Jest tam odprowadzane ciepło poprzez układ tych linii pola magnetycznego i tam są większe obciążenia. No ale tutaj, w tych elementach dywertorowych stosujemy odpowiednie materiały czy techniki odprowadzania ciepła, żeby zabezpieczyć te elementy konstrukcyjne.

K.G.: Tokamakiem jest np. JET, czyli to urządzenie, które świeżo odeszło na emeryturę – zaraz jeszcze o tym państwu powiemy, ale ci, którzy interesują się tematem, na pewno słyszeli o JET-cie, który jest w Wielkiej Brytanii – oraz budowany we Francji ITER. To wszystko też jest robota EUROfusion, ale mamy np. stellarator w Niemczech – W7X. To jest inny rodzaj urządzenia i muszę przyznać, że mam do niego sentyment, bo byłam tam kiedyś na wycieczce dziennikarskiej i tam też oczywiście opowiadano, że już, zaraz, jesteśmy blisko przełomów. Jak działa stellarator?

A.C.: W odróżnieniu od tokamaków stellarator nie jest urządzeniem pulsowym, nie działa na zasadzie transformatora. Po prostu tam pole magnetyczne jest wytwarzane przez specjalnie ukształtowane cewki. Są one tak powyginane, żeby uzyskać to wypadkowe pole spiralne. Żeby te cząsteczki nam nie uciekły, tylko żeby można je było złapać w takim urządzeniu. I tutaj już nie mamy do czynienia z prądem plazmy, ale też stosujemy podobne techniki grzania jak w przypadku tokamaków, czyli to grzanie mikrofalami.

K.G.: No i czemu tokamaki są bardziej popularne? Bo są. 

A.C.: Bo są obecnie najbardziej zaawansowane i najbardziej przebadane. Tych stellaratorów nie mamy na świecie tak dużo, jak tokamaków. I w sumie tylko dlatego.

K.G.: Zanim opowiemy o konkretnych inwestycjach i postępach w tej sprawie, może wróćmy do tego, dlaczego synteza deuteru i trytu ma być – tak się o tym mówi, planuje – sposobem na uzyskiwanie energii już w docelowych elektrowniach. Dlaczego właśnie te dwa i skąd je wziąć? Czy będzie z nimi kłopot? Czy będzie tak, że jakaś Arabia Saudyjska będzie miała nad nimi kontrolę? Czy to będzie globalnie dostępne dla wszystkich?

A.C.: Reakcja syntezy deuteru i trytu zachodzi w najniższych temperaturach, czyli między sto a dwieście milionów stopni Celsjusza. Optymalne jest sto pięćdziesiąt milionów stopni Celsjusza. Do innych reakcji syntezy, czyli np. deuteru z deuterem, potrzebujemy już trzystu milionów stopni Celsjusza – kwestie techniczne. Ale też skąd będziemy pozyskiwać to paliwo? Deuter będziemy uzyskiwać z wody morskiej. Jak wiemy, dwie trzecie powierzchni Ziemi stanowi woda, w tym woda morska to jest około dziewięćdziesięciu sześciu procent całej wody na świecie. Natomiast tryt występuje naturalnie w bardzo małych ilościach. Jednak będzie on pozyskiwany już wewnątrz reaktora z reakcji neutronów, które powstaną w tej reakcji deuteru i trytu. Neutrony będą uderzały w taki płaszcz wykonany z litu i będzie następna reakcja neutronów z litem. W wyniku tej reakcji powstanie tryt, który będzie wracał do układu i dalej reagował z deuterem. Natomiast lit też występuje powszechnie w skorupie ziemskiej, możemy go pozyskiwać z różnych glinek, są naturalne złoża litu. Więc tego paliwa mamy na świecie pod dostatkiem. Warto dodać, że w jednym litrze wody znajdują się trzydzieści trzy miligramy deuteru. Są już bardzo znane metody separacji deuteru z wody, nie stanowi to problemu. I ciekawostka, że tak naprawdę z jednej wanny wody można uzyskać tyle deuteru, ile starczyłoby dla jednego człowieka na sześćdziesiąt lat do produkcji energii. 

K.G.: Czyli to nie będzie tak, że nagle wysuszymy oceany – to imponujące. A jeśli chodzi o lit, to ile będziemy go potrzebować?

A.C.: Taka półtora gigawatowa elektrownia potrzebowałaby rocznie około dwustu dwudziestu kilogramów trytu, około stu pięćdziesięciu kilogramów deuteru i około czterech i pół tony litu. Więc widać, że to jest od pięciu do dziesięciu milionów razy mniej paliwa niż w takich elektrowniach węglowych, a cztery razy mniej niż w typowych elektrowniach jądrowych. 

K.G.: Nie będzie żadnych szkodliwych pierwiastków, które mogłyby się w wyniku tej reakcji ujawnić? Czy ta energia będzie faktycznie czysta?

A.C.: Tak, to będzie czysta energia. Oczywiście tryt jest radioaktywny, ale czas jego połowicznego rozpadu to jest ponad dwanaście lat. Jest to bardzo krótko w porównaniu z rozpadem takich produktów z elektrowni jądrowych jak proton czy uran, czy tych produktów ubocznych. Ponieważ w elektrowni termojądrowej będą produkowane neutrony i te materiały ścian będą jakoś wtórnie aktywowane, będą też wtórnie promieniotwórcze. Ale utylizacja takich komponentów po zaprzestaniu działania elektrowni to będzie około stu lat. Więc nie jest to jakiś długi okres w porównaniu z obecnymi odpadami radioaktywnymi z elektrowni jądrowych. Chociaż to też już się zmieniło i nie należy się bać tych elektrowni.

K.G.: A jeśli taka – wybiegam w przyszłość, ale powiedzmy, że już istnieją takie elektrownie oparte na fuzji jarowej – i coś tam idzie nie tak, ktoś wcisnął zły guzik, ta energia jest za wysoka. Czy może dojść do wybuchu, wycieku, tego typu rzeczy? Jak pani mówi, współcześnie w zasadzie niesłusznie, ale jednak takie rzeczy kojarzą się z energetyką jądrową. Jak może wyglądać awaria takiej elektrowni? Czy ona może być dla kogoś niebezpieczna?

A.C.: W elektrowni termojądrowej w danej chwili w takiej komorze znajduje się bardzo niewielka ilość paliwa. I każde przegrzanie czy przesycenie tym paliwem powoduje nagłe wygaśnięcie tej plazmy. Więc jeżeli wygasa, to już nie mamy takich temperatur, żeby zachodziła synteza. I tutaj mówimy bardziej o podtrzymywaniu niż o powstrzymywaniu reakcji, jak to jest w przypadku elektrowni jądrowych.

K.G.: I to jest ta różnica, prawda? Bo jeśli dojdzie do awarii, to w przypadku klasycznej elektrowni jądrowej nie mamy jak zatrzymać tego procesu, a jeśli chodzi o fuzję jądrową, to właśnie jeszcze raz podkreślmy – awaria może spowodować to, że po prostu się wyłączy.

A.C.: Tak. Są też prowadzone różne badania, z których wynika, że w przypadku jakichkolwiek awarii, ale już niewynikających z tej reakcji syntezy, nie będzie potrzebna żadna ewakuacja ludności wokół tego terenu. 

K.G.: Brzmi to wszystko bardzo pozytywnie. To powiedzmy, jak wyglądają realne postępy i inwestycje w tej dziedzinie. Może byśmy powiedziały na początek o JET-cie. Pani była przez lata bardzo z nim związana. Jak to było?

A.C.: Po wstąpieniu do Unii Europejskiej przystąpiliśmy do tej wspólnoty Euroatom i staliśmy się troszkę właścicielami tego urządzenia JET. 

K.G.: Wyjaśnijmy – Euroatom jest jeszcze nad EUROfusion.

A.C.: Tak. Bo konsorcjum EUROfusion powstało troszkę później. Przystępując do Unii Europejskiej, wstąpiliśmy do tej wspólnoty Euroatom i staliśmy się współwłaścicielami urządzenia JET, które znajduje się w Wielkiej Brytanii. JET jest takim centralnym ośrodkiem badawczym właśnie w tej wspólnocie Euroatom. Po raz pierwszy polscy naukowcy mogli wyjechać tam na eksperyment. Ja jeszcze byłam wtedy studentką, było to chyba osiemnaście lat temu, więc byłam w tej pierwszej grupie, która wyjechała na eksperyment. Tak się zaczęła nasza przygoda tam. JET zaczął swoją działalność w tysiąc dziewięćset osiemdziesiątym trzecim roku, ma już czterdzieści lat. Stwierdzono, że czas zakończyć jego działalność, ponieważ zaraz miał wystartować ITER, czyli reaktor eksperymentalny kolejnej generacji.

K.G.: JET właśnie odszedł na emeryturę z końcem dwa tysiące dwudziestego trzeciego roku, chociaż pani mi zdradziła przed nagraniem, że jeszcze nie było oficjalnej uroczystości pożegnalnej. [śmiech]

A.C.: Tak, oficjalna uroczystość odbędzie się dwudziestego ósmego lutego dwa tysiące dwudziestego czwartego roku.

K.G.: Czy mogłaby nas pani zabrać na wycieczkę do takiego urządzenia? Rozumiem, że ono stoi w jakiejś hali. Jak jest duże? Jak wygląda zaplecze? 

A.C.: Naukowcy siedzą troszkę daleko od tego urządzenia. Ono jest w specjalnej hali, zamknięte podczas eksperymentu, nie możemy tam wchodzić. Jest oddzielny budynek, w którym znajduje się control room, czyli taka sterownia, gdzie siedzą naukowcy, operatorzy tego urządzenia i w następnym budynku są biura, gdzie siedzimy, mamy swoje komputery. Oczywiście wszystkie dane spływają po takim eksperymencie do komputerów i je analizujemy. Jesteśmy odpowiedzialni np. za jakieś badania spektroskopowe, badanie neutronowe. Pracujemy na różnych diagnostykach i analizujemy te dane, opracowujemy wyniki, przedstawiamy je. Tak że tak to wygląda od zaplecza.

K.G.: Proszę wybaczyć takie pytanie, ale jakie można prowadzić eksperymenty na takim JET-cie? No bo to, o czym pani opowiedziała, wydaje się dość proste. Wiemy, jak ma wyglądać ta reakcja, wiemy, czego potrzebujemy, wiemy, jakie są potrzebne warunki, wiemy, jakich pierwiastków czy izotopów potrzebujemy. I to się wszystko wydaje wiadome, a cały czas słyszymy o tym, że tokamaki są eksperymentalne. No to np. co badano przez te lata? Co pani badała razem z kolegami i koleżankami?

A.C.: Nigdy nie byliśmy zainteresowani ustanowieniem jakiegoś rekordu, ale eksperymentowaniem z syntezą jądrową w warunkach jak najbardziej zbliżonych do ITER-a lub przyszłych elektrowni jądrowych. I aby to robić, musieliśmy najpierw wiedzieć, jak będzie wyglądał ITER, gdzie on powstanie. W dwa tysiące piątym roku dowiedzieliśmy się, że będzie on budowany na południu Francji, w miejscowości Cadarache, po czym musieliśmy dostosować ten JET do warunków na potrzeby ITER-a poprzez instalację dodatkowego grzania, ulepszonych systemów sterowania i diagnozowania plazmy i przejście wewnętrznej ściany na tę taką ITER-like ścianę.

K.G.: Czyli to jest taki szeroko pojęty prototyp, testownia dla ITER-a.

A.C.: Dokładnie. Więc to wszystko trwało. Cała przebudowa ściany – bo początkowo mieliśmy ścianę węglową, a potem przebudowaliśmy ją na berylowo-wolframową i ta ściana pojawiła się w JET-cie w dwa tysiące jedenastym roku. Zajęło nam kilka lat, aby podobnie nauczyć się obsługiwać to urządzenie z nową ścianą, aby odzyskać tę naszą pierwotną wydajność. Okazało się, że tak jakby raczkujemy z nową ścianą.

K.G.: Ale dlaczego to tyle trwa? Nie ma w moim pytaniu pretensji, ale może jest trochę niezrozumienie. Dlaczego kilka lat może trwać coś takiego? Wokół takiego eksperymentu jest tylu naukowców. Jakie to są trudności?

A.C.: Czasami są to trudności techniczne – mamy jakiś wyciek w urządzeniu, trzeba zbadać, gdzie on się znajduje. To też trwa czasami długo, bo jest to dosyć skomplikowane urządzenie, ma wiele kabli, wiele diagnostyk. Rozwiązanie tego problemu trwa. I często właśnie takie, powiedzmy, drobne problemy powodują, że kampania eksperymentalna się przesuwa. Musimy czekać, aż jakieś tam elementy zostaną naprawione. I już nawet jak nauczyliśmy się operować urządzenie z tą nową ścianą, to zaczęliśmy się przygotowywać do kampanii deuterowo-trytowej. Musieliśmy opracować odpowiednie scenariusze operacyjne, scenariusze grzania plazmy, żeby wiedzieć, jak operować maszyną z tym paliwem deuterowo-trytowym. Te przygotowania były po to, abyśmy mogli optymalnie wykorzystać ograniczoną liczbę reakcji deuterowo-trytowych, które mogliśmy wytworzyć w JET-cie. JET ma coś takiego, co się nazywa budżetem neutronowym, czyli maksymalną liczbę szybkich neutronów z reakcji syntezy jądrowej, jaką możemy wytworzyć w ciągu życia takiego urządzenia. Odnosi się to bezpośrednio do tego, jak aktywowane są te elementy pierwszej ściany urządzenia.

K.G.: I JET ma na swoim koncie bardzo przyjemne i eleganckie rekordy. Było o nim dość głośno dwa lata temu, w dwa tysiące dwudziestym drugim roku – zdaje się, że ta informacja była wypuszczona w lutym, natomiast samo rekordowe wyładowanie było w grudniu dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku. Myślę, że mogą państwo ten temat kojarzyć. Co się wtedy wydarzyło i czy przez te ostatnie lata, końcówkę pracy JET-a udało się jeszcze coś nowego zrobić?

A.C.: W tym grudniu dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku w JET-cie ustanowiliśmy światowy rekord pod względem największej ilości energii termojądrowej wytworzonej w pojedynczym wyładowaniu. Wygenerowaliśmy w sposób ciągły pięćdziesiąt dziewięć megadżuli energii z reakcji syntezy termojądrowych. I to było prawie trzy razy więcej niż poprzedni rekord z tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątego siódmego roku, kiedy uzyskaliśmy dwadzieścia dwa megadżule energii. Jednak wtedy nie był to rekord uzyskany w warunkach stacjonarnych, że my już panujemy nad tą plazmą, jesteśmy w stanie ją utrzymać, tylko to był taki w sumie event trwający mniej niż sekundę. Tutaj mieliśmy do czynienia z wyładowaniem pięciosekundowym, ale te pięć sekund nie wynikało z tego, że nie mogliśmy utrzymać dłużej tej plazmy, tylko z tego, że JET jest wyposażony w miedziane cewki. I te cewki bardzo szybko się nagrzewają. Więc trzeba było wyłączyć tokamak. Takie wysoko wydajne plazmy nagrzewają się dużo szybciej niż przy innych eksperymentach, gdzie nie mamy takich dużych obciążeń. Więc w przyszłych reaktorach – tym eksperymentalnym ITER-ze czy w elektrowniach termojądrowych – będziemy już wykorzystywali zupełnie inne cewki pola magnetycznego. Będą one nadprzewodzące, chłodzone. Ta technologia też się ciągle rozwija. 

K.G.: To będą musiały być ekstremalnie chłodzone, żeby uzyskać nadprzewodnictwo.

A.C.: W Stanach Zjednoczonych wytworzono już jakieś wysokotemperaturowe magnesy nadprzewodzące, więc one są odporne na takie wysokie temperatury. Ale zrobili je też np. Chińczycy. Będą one zastosowane na ITER-ze oraz dodatkowo chłodzone. Pozwoli to wydłużyć czas utrzymywania plazmy i osiągnąć większe moce z reakcji syntezy.

K.G.: Wtedy, w dwa tysiące dwudziestym pierwszym był ten rekord, ale czy udało się uzyskać to, co jest kluczowe? Mianowicie wyjąć więcej energii, niż się włożyło, żeby tę plazmę nagrzać?

A.C.: Nie udało nam się uzyskać dodatniego bilansu energetycznego. Taki fizyczny bilans energetyczny definiujemy jako stosunek energii uzyskanej z reakcji syntezy do energii potrzebnej do podgrzania plazmy. Jest to coś innego niż ten bilans inżynieryjny, gdzie mówimy o uruchomieniu całej maszyny w stosunku do tego, ile wyprodukujemy energii, więc tego bilansu powyżej jedynki nie udało się uzyskać. Zależało nam na tym, żeby opanować metody utrzymywania plazmy i produkować w warunkach stacjonarnych.

K.G.: Czyli nie to było celem. Tak w zasadzie to dlaczego JET idzie na emeryturę? Zużył się już?

A.C.: JET jeszcze nie do końca się zużył i w moim osobistym odczuciu powinien działać dłużej. Parę lat temu założenie było takie, że na przełomie dwa tysiące dwudziestego piątego i dwa tysiące dwudziestego szóstego roku miał już zacząć działać ITER. Z powodu pewnych problemów technicznych pierwsza plazma na ITER-ze pojawi się nieco później. No i już wszystkie państwa zaczęły swoją działalność w innych kierunkach i nie ma budżetu, żeby kontynuować pracę JET-a.

K.G.: Trzeba też powiedzieć, że tego typu projekty są na tyle duże i oparte o politykę plus kwestia finansowania, że robi się to wszystko skomplikowane.

A.C.: Dokładnie. Jak wiemy, Wielka Brytania wystąpiła z Unii Europejskiej i z tego konsorcjum EUROfusion i teraz będzie realizowała własny narodowy projekt, który będzie polegał na wybudowaniu takiej prototypowej elektrowni o nazwie STEP. Będzie to prototypowa elektrownia o mniejszych rozmiarach niż ITER czy w przyszłości pierwsza europejska elektrownia o nazwie DEMO. I tutaj właśnie całe siły Wielkiej Brytanii i jej finansowanie jest skierowane w kierunku tego projektu STEP. Rząd Wielkiej Brytanii będzie finansował to, a nie JET-a, który też by pochłonął ogromne ilości pieniędzy. 

K.G.: Czy to znaczy w takim razie, że Europa będzie w jakimś takim zawieszeniu? Bo ten wyścig trwa, za chwilę jeszcze opowiemy państwu o tym, co się dzieje w Chinach, w Stanach Zjednoczonych. No bo skoro JET wyhamowuje, ITER jeszcze nie działa, to co będziecie robić przez te kilka lat?

A.C.: Cały czas jesteśmy zaangażowani w różne projekty związane z fuzją jądrową i mamy w Europie też inne mniejsze tokamaki, na których eksperymentujemy. Są też prowadzone badania na rzecz ITER-a oraz na rzecz pierwszej prototypowej elektrowni, więc te siły naukowe czy siły inżynierów są skierowane w różnych kierunkach. Niedługo wystartuje też urządzenie – to znaczy, ono już wystartowało, pierwsza plazma się pojawiła na tokamaku JT-60SA w Japonii. I jest też stworzone takie konsorcjum japońsko-europejskie, jesteśmy troszkę współwłaścicielami tego urządzenia i będziemy niedługo na nim eksperymentować – pierwsze eksperymenty powinny ruszyć już za rok czy dwa lata.

K.G.: Jakby pani opowiedziała więcej o ITER-e, bo o nim się mówi bardzo dużo, z dużymi nadziejami. Czy to ma być właśnie ten eksperyment, który wreszcie nam da ten dodatni bilans energetyczny, że włożymy mniej energii, niż wyjmiemy?

A.C.: Projekt ITER jest obecnie drugim największym na świecie projektem. W skład konsorcjum wchodzą światowe potęgi, takie jak Stany Zjednoczone, Unia Europejska, Chiny, Japonia, Korea Południowa, Rosja i Indie. 

K.G.: Rosja jest cały czas?

A.C.: Tak, nie została wykluczona ze względu na wojnę. Unia Europejska pokrywa pięćdziesiąt procent kosztów budowy ITER-a. Inne kraje finansują mniej, ale też będą mogły eksperymentować razem z nami. W ITER-ze mamy już uzyskiwać większe moce z syntezy termojądrowej w dłuższym czasie. Naszym celem jest uzyskanie pięciuset megawatów mocy z fuzji w czasie trwającym trzysta sekund. Przy czym będziemy potrzebowali grzania o mocy pięćdziesięciu megawatów. Czyli, jak widać, ten bilans energetyczny będzie w przybliżeniu dziesięć, Q będzie dziesięć. Na JET-cie jeszcze nie przekroczyliśmy jedynki. 

K.G.: To dziesięć jest satysfakcjonujące? To jest dużo?

A.C.: Tak. Tylko warto jeszcze podkreślić, że ITER nie będzie jeszcze reaktorem, który będzie produkował energię elektryczną. To będzie ciągle eksperymentalny reaktor do badania procesów syntezy termojądrowej. Tak naprawdę dopiero w prototypowej elektrowni, czyli tej o nazwie DEMO, będziemy już produkować energię elektryczną. I tam mamy uzyskać około dwóch tysięcy megawatów mocy z samej syntezy, z czego uzyskamy pięćset megawatów elektryczności.

K.G.: A skąd są te opóźnienia w budowie ITER-a? Bo widziałam, że on zaczął być składany w dwa tysiące dwudziestym roku, ale sama pani mówi o tym, że znowu są te opóźnienia. Z czego to wynika?

A.C.: Mieliśmy ruszyć z pierwszą plazmą na przełomie dwa tysiące dwudziestego piątego i dwa tysiące dwudziestego szóstego roku. Okazało się, że pewne elementy konstrukcyjne, które zostały sprowadzone z Indii, zaczęły pękać i trzeba było zwrócić je producentowi. Wymiana czy ponowna produkcja będzie trwała kilka lat. 

K.G.: Bo my mówimy o technologiach, które są projektowane bezpośrednio dla tych rozwiązań, to nie jest coś, co jest produkowane masowo. Wyobrażam sobie, że niemalże każdy z tych elementów wymaga przemyślenia, zaprojektowania, wymyślenia, jakich materiałów użyć, zrobienia prototypu itd. To są długie procesy, tak?

A.C.: Dokładnie. To wszystko jest pod kątem ITER-a, jego potrzeb, wymogów, jakie musi spełniać taki materiał, więc to trwa. Były też problemy podczas pandemii z dostawami, więc wszystko się opóźniało i to też wydłużało czas do rozpoczęcia pracy.

K.G.: Mówiła pani o tym, że prototypowa elektrownia w Wielkiej Brytanii ma być mniejsza od tego, co będzie się działo w ITER-ze, ale o jakich mówimy rozmiarach? Jak duże są te urządzenia?

A.C.: Średnica wewnętrznej komory JET-a to jest około trzech metrów. Promień ITER-a będzie wynosił ponad sześć metrów, czyli średnica dwanaście. A w przypadku elektrowni DEMO będzie to już dziewięć metrów.

K.G.: I rozumiem, że do tego jeszcze wszystkie te urządzenia dookoła, więc są to urządzenia chyba mniejsze, niż byśmy się spodziewali, ale jednak już takie, w których wiele rzeczy może się popsuć i stąd wynikają te wszystkie opóźnienia. ITER i kwestia polityki, bo to mnie bardzo ciekawi – mówi pani o tym, że jest to urządzenie, które powstaje we współpracy Europejczyków, Amerykanów, Chińczyków, Japończyków, Koreańczyków itd. I Europa wykłada połowę pieniędzy. A kto ma prawa do tego, co uda się tam ustalić, do tych technologii?

A.C.: Mamy wszyscy.

K.G.: No to średni interes. [śmiech]

A.C.: Tak, ale to było za zgodą, że ITER będzie wybudowany w Europie. Dla nas jest to korzystniejsze, bo mamy blisko. Pewnie więcej naukowców z Europy będzie mogło łatwiej dojeżdżać niż ci z odległych państw.

K.G.: I to na pewno jest wystarczający pozytyw, żeby wykładać tyle pieniędzy?

A.C.: Myślę, że tak. Po drugie tak naprawdę koszty badań nad syntezą jądrową w Europie nie są takie wysokie, bo jest to koszt jednej filiżanki kawy na każdego Europejczyka rocznie. 

K.G.: No to ładna statystyka, ale jak to zbierzemy do sumy…

A.C.: Tak, tylko w porównaniu z jakimiś dotacjami do innych kierunków badań to nie jest coś dużego. 

K.G.: A ile mniej więcej ma kosztować ITER?

A.C.: Nie mogę powiedzieć, ile będzie kosztował, bo ta cena cały czas rośnie. [śmiech] Założenia były inne, a koszty są inne, więc nie mogę podać dokładnej kwoty.

K.G.: Ale mówi pani o tym, że może to się wydawać bardzo drogie dlatego, że jest skupione na jednym urządzeniu, a jakbyśmy popatrzyli po innych dziedzinach, to te pieniądze są porównywalne albo większe, tylko rozproszone na różne ośrodki, więc może to trochę inaczej wyglądać. A jeśli chodzi o inne urządzenia? Bo mówiłyśmy o rekordzie JET-a, ale był taki moment, to było właśnie dwa lata temu, na początku dwa tysiące dwudziestego drugiego roku, gdzie można się było pogubić dlatego, że co chwilę były ogłaszane jakieś rekordy. Możemy przypomnieć, kto i jakie te rekordy uzyskał? I czy może od tamtego czasu pojawiły się jakieś kolejne?

A.C.: Warto wspomnieć, że nie tylko badamy plazmę utrzymywaną w polu magnetycznym, ale jest też inny kierunek badań z plazmą utrzymywaną inercyjnie, czyli z wykorzystaniem wielkich laserów. Właśnie w grudniu dwa tysiące dwudziestego drugiego roku świat obiegła wiadomość, że na urządzeniu o nazwie NIF – National Ignition Facility w Stanach Zjednoczonych, w Narodowym Laboratorium Lawrence’a w Livermore osiągnięto energię z fuzji o wartości trzy przecinek piętnaście megadżula, wykorzystując do tego energię lasera dwa przecinek zero pięć megadżula. Czyli w tym przypadku uzyskaliśmy ten dodatni bilans energetyczny. Na czym polega synteza termojądrowa w tych warunkach z utrzymywaniem inercyjnym? Wyobraźcie sobie państwo, że w urządzeniu NIF mamy komorę próżniową o średnicy dziesięciu metrów. W środku tej komory umieszczamy kapsułkę z kriogenicznym, czyli bardzo zimnym paliwem, wypełnioną deuterem i trytem. I ta kapsułka ma średnicę dwóch milimetrów. 

K.G.: To po co jej tyle miejsca?

A.C.: Po to, żeby odpowiednio wyjustować te lasery. Mamy tam sto dziewięćdziesiąt dwie wiązki laserowe. Akurat tutaj wykorzystywana jest metoda pośrednia – kapsułka z paliwem jest umieszczana w takim metalicznym cylindrze wykonanym ze złota o długości jednego centymetra. Wiązki laserowe oświetlają ten cylinder od wewnątrz. Cylinder jest podgrzewany do temperatury trzech milionów stopni Celsjusza. I w takich temperaturach jest tam emitowane promieniowanie rentgenowskie, które równomiernie oświetla kapsułkę z paliwem. 

K.G.: Ona sobie tak wisi w powietrzu? Lewituje?

A.C.: Ona jest zamocowana przy pomocy drucika o grubości połowy włosa ludzkiego. W wyniku oddziaływania tego promieniowania rentgenowskiego powierzchnia kapsułki zostaje odparowana. Ona może być wykonana z plastiku, z diamentu, z innych materiałów – ta technologia jest ciągle opracowywana. Następuje kompresja kapsułki, czyli z czegoś wielkości piłki do koszykówki robi się coś wielkości główki od szpilki i wtedy uzyskujemy tak duże gęstości plazmy, tak wysokie temperatury, że dochodzi do zapłonu, zainicjowania tej syntezy termojądrowej, synteza rozprzestrzenia się na taką kapsułkę i jest produkowana ta energia. Niestety minusem tego urządzenia jest to, że tak naprawdę raz dziennie można wykorzystać jedną kapsułkę, ponieważ jest to dosyć pracochłonne, żeby ją odpowiednio ustawić w tym urządzeniu. Żeby była elektrownia działająca na tej zasadzie, musimy uzyskać dużą repetycję wsadzania takich kapsułek do komory, czyli dziesięć na sekundę, czyli dziennie około dziewięciuset tysięcy kapsułek.

K.G.: A na razie udaje się jedną?

A.C.: Tak. Jest to w fazie eksperymentalnej, ale tak docelowo, żeby powstała z tego jakaś elektrownia, musimy mieć lasery o większej repetycji i techniki wprowadzania tych kapsułek do komory. 

K.G.: Jestem gdzieś pomiędzy absolutnym zachwytem nad tym, co udaje się uzyskiwać, jak bardzo jest to wysublimowana technologia, a takim rozczarowaniem, że jak to jedna, skoro potrzebujemy dziewięciuset tysięcy? To chyba znaczy, że jesteśmy, mimo tych wielu lat pracy nad fuzją jądrową, ciągle jeszcze na takim etapie może nie całkiem początkowym, ale średniozaawansowanym. Ta technologia wymaga tak wiele, że dużo już się osiągnęło, a ciągle to jest za mało.

A.C.: Tak, ale prowadzimy te badania w tak wielu kierunkach, że tak naprawdę potrzebujemy wszystkich zaangażowanych stron, żeby uzyskiwać tę energię już w realnym życiu. Więc alternatywne podejścia są nam potrzebne też po to, żeby się od siebie wzajemnie uczyć. Bo to, że np. Wielka Brytania będzie budowała swój STEP czy Stany Zjednoczone będą budowały tokamak SPARK o mniejszych rozmiarach – oni korzystają z tej wiedzy, którą my osiągnęliśmy na JET-cie, jest im to potrzebne. A my może będziemy korzystać z ich wiedzy. Jeżeli im się uda uzyskać fuzję, utrzymać plazmę w mniejszych urządzeniach, to byłoby to korzystniejsze, ponieważ będą one wtedy tańsze i łatwiejsze w budowie.

K.G.: Czyli Amerykanom udało się uzyskać ten dodatni bilans energii, aczkolwiek jak pani mówi, było to robione trochę innym sposobem niż to, co się dzieje czy działo w JET-cie. Głośno było też o Chińczykach w tym samym okresie. Oni z kolei długo utrzymali plazmę – siedemnaście minut i trzydzieści sześć sekund. To robi wrażenie?

A.C.: Robi dlatego, że Chińczycy zastosowali już te nadprzewodzące magnesy i dlatego udało im się utrzymać plazmę o wiele dłużej. Jednakże nie eksperymentowali oni z plazmą deuterowo-trytową. Była to plazma deuterowa. Więc nie uzyskali żadnej energii z syntezy termojądrowej deuteru i trytu. Uzyskali też mniejsze temperatury plazmy – około stu milionów stopni Celsjusza. Na JET-cie uzyskano sto pięćdziesiąt milionów stopni Celsjusza. Tak że to były eksperymenty, które miały na celu co innego, ale są to eksperymenty uzupełniające. Bo oni przetestowali te nadprzewodzące magnesy. I te magnesy zostaną już wykorzystane w ITER-ze. W Stanach Zjednoczonych w projekcie SPARK, który jest finansowany z sektora prywatnego i w którym biorą udział różne instytucje, będą używane wysokotemperaturowe magnesy nadprzewodzące właśnie po to, żeby jak najdłużej utrzymać plazmę. Wtedy będzie można wytwarzać pola o większym natężeniu. SPARK jest przygotowany po to, żeby mieć pole magnetyczne rzędu dwunastu tesli. W przypadku ITER-a jest to zaledwie pięć i trzy dziesiąte tesli, więc są to o wiele mniejsze pola, ale w tym urządzeniu SPARK będą większe gęstości. Chociaż różne obliczenia wykazują, że mniejsze urządzenia niekoniecznie są lepsze, ponieważ czas utrzymywania plazmy jest w nich troszkę krótszy.

K.G.: Czyli cały świat bada różne sposoby, podejścia, parametry – czy więcej temperatury, czy więcej gęstości, co będzie optymalne. Na tym etapie teraz jesteśmy.

A.C.: Tak. Warto też dodać, że kiedy ITER był projektowany, technologia tych wysokotemperaturowych magnesów nadprzewodzących nie była jeszcze rozwinięta. Nie ma takiej możliwości, żeby to teraz zmienić. Więc może dopiero w przyszłej elektrowni termojądrowej będzie można to uzyskać. Przy czym SPARK w Stanach jest takim testowym reaktorem, eksperymentalnym. I dopiero potem może powstanie prototypowa elektrownia ARK, która będzie już produkowała tę elektryczność. Więc jeżeli to będzie sukces, to możemy trochę zmienić nasze postrzeganie. Potrzebujemy właśnie takich alternatywnych podejść, bo może będziemy mogli produkować czy opracować tańszą technologię. Budowa elektrowni termojądrowej to jest koszt zbliżony do budowy zwykłej elektrowni węglowej o podobnych rozmiarach.

K.G.: Taki koszt będzie? Nie będzie większy mimo tych wszystkich szalonych technologii?

A.C.: Nie, właśnie jest to porównywalny koszt. Największy koszt w tym wszystkim to koszt gruntu i tych elektromagnesów.

K.G.: A jakieś prawa autorskie do superzaawansowanej idealnej cewki, którą się komuś udało zrobić?

A.C.: Na razie elektromagnesy są najdroższym elementem konstrukcyjnym. Jeżeli ta technologia się rozwinie, to te elementy będą się stawały tańsze. Dlatego potrzebujemy, żeby ktoś sobie przebadał alternatywne rozwiązania. 

K.G.: To podsumowałyśmy to, o czym było głośno dwa lata temu, ale słyszałam, że też pod koniec ubiegłego roku, czyli dwa tysiące dwudziestego trzeciego, mieliśmy pewne – trochę się boję powiedzieć „przełomy”, bo ciągle mówi się o tych przełomach – ale powiedzmy, kroki do przodu. Co się działo?

A.C.: Na tokamaku JET odbyła się trzecia eksperymentalna kampania z deuterem i trytem. Pierwsza historyczna kampania odbyła się w tysiąc dziewięćset dziewięćdziesiątym pierwszym roku. Druga na przełomie dwa tysiące dwudziestego i dwa tysiące dwudziestego pierwszego roku, kiedy osiągnięto te pięćdziesiąt dziewięć megadżuli. W przeliczeniu na te pięć sekund to jest około jedenastu megawatów energii. A w dwa tysiące dwudziestym trzecim roku powielono ten rekord, uzyskano nawet troszeczkę więcej, o czym jeszcze oficjalnie nie mówimy, bo jeszcze trwają jakieś analizy tych wyników. Ale nie jest to jakoś dużo więcej niż przewidywania. Bo my to wszystko modelowaliśmy wcześniej i widzieliśmy, ile możemy z JET-a wyciągnąć. I jest to zbliżone do tego, co udało nam się zamodelować. To pokazuje też, że jesteśmy już w stanie modelować te zjawiska fizyczne zachodzące w plazmie i przewidywać, co będzie się działo w ITER-ze lub w elektrowni termojądrowej. Więc to też była dla nas nauka tego, co się stanie.

K.G.: Jeszcze bym panią poprosiła o wymienienie tych elektrowni prototypowych, o których się już myśli. Mówiła pani o tym, że Brytyjczycy będą budować swoją, że EUROfusion planuje EU DEMO. Jak ona ma wyglądać? I kto jeszcze będzie robił?

A.C.: Wszyscy członkowie tego konsorcjum ITER-a mają w planach budowę swojej prototypowej elektrowni.

K.G.: Każdy u siebie?

A.C.: Tak.

K.G.: W Polsce też?

A.C.: Nie, w tym przypadku cała Unia Europejska. Jeszcze nie zapadła decyzja, gdzie powstanie ta prototypowa elektrownia EU DEMO. Czekamy. Chcielibyśmy, żeby w Polsce, ale nie wiem, czy jest to realne, czy zdominują nas Niemcy i Francja, jak to w wielu dziedzinach bywa. Ale zobaczymy. Nie ma jeszcze ostatecznej decyzji. 

K.G.: A wiemy, jaka ma być?

A.C.: Tak jak mówiłam, główny promień ma wynosić dziewięć metrów. Objętość plazmy będzie wynosiła ponad dwa i pół tysiąca metrów sześciennych. ITER to około ośmiuset czterdziestu metrów sześciennych. A JET siedemdziesiąt dziewięć metrów sześciennych. Już w tej prototypowej elektrowni będziemy produkować prąd elektryczny. ITER będzie jeszcze eksperymentalny. Chciałabym jeszcze podać taką informację, że jak na JET-cie uzyskaliśmy te pięćdziesiąt dziewięć megadżuli energii – w przeliczeniu na moc to jest ponad jedenaście megawatów – to takie jedenaście megawatów wystarczyłoby na zasilenie dziesięciu tysięcy europejskich mieszkań w ciągu tych pięciu sekund. I do wytworzenia tak ogromnej ilości energii użyliśmy jednej dziesiątej miligrama trytu i siedmiu setnych miligrama deuteru. Więc aby uzyskać takie same ilości energii, potrzebowalibyśmy spalić około jednego kilograma gazu ziemnego czy czterech kilogramów węgla brunatnego.

K.G.: Zupełnie nieporównywalne skale. Mówi pani o tym, że wszyscy sobie eksperymentują, jedni się uczą od drugich – przecież to jest taka technologia, że jak już zostanie opanowana, to może tę naszą cywilizację uwolnić od całego problemu energetycznego. No jest to fenomenalna sprawa. I naprawdę to jest tak, że to jest współpraca, a nie jednak wyścig? Nie chcę powiedzieć „zbrojeń”, ale tak to się trochę kojarzy.

A.C.: Generalnie bez współpracy nie osiągnęlibyśmy tego, co mamy.

K.G.: I Amerykanie nic nie chowają przed Chińczykami, Chińczycy przed Europejczykami, Europejczycy przed Japończykami? [śmiech]

A.C.: Wiadomo, każdy by chciał być pierwszy, bo wtedy staje się światowym liderem w komercyjnej realizacji tej technologii. 

K.G.: No właśnie, ktoś to potem będzie sprzedawał, jeden, drugi, trzeci rząd będzie musiał iść do konsorcjum firmy i powiedzieć: chcemy taką elektrownię – no i ktoś tę elektrownię sprzeda. Więc jak to będzie działało?

A.C.: Tylko wtedy mogą powstawać też firmy na terenie Polski, które będą produkowały takie rzeczy.

K.G.: A te rozwiązania technologiczne będą dostępne dla wszystkich?

A.C.: Wyniki wszystkich badań, które prowadzimy, są ogólnodostępne. Więc każdy może przeczytać, co uzyskaliśmy i to wykorzystać. Tak samo my  korzystamy z tego, co wiemy. Bo jeżeli coś jest tajne, to jest tajne. Ale to są badania do celów pokojowych, nie jakichś militarnych i właśnie dlatego zostały odtajnione. Taka jest moja wiedza.

K.G.: A są jakieś plotki, że ktoś tam coś tam jednak chowa czy nie?

A.C.: Nie, ja nie słyszałam czegoś takiego. Mówię, każdy chce przetestować coś innego i może mu się uda. Ale tak naprawdę projekt ITER jest obecnie największym na świecie, zrzesza najwięcej państw. W wyniku pracy ITER-a będziemy mogli zbudować takie elektrownie, które będą duże, które będą produkować dużo więcej energii niż z tych małych tokamaków czy mniejszych elektrowni.

K.G.: Tylko muszę przyznać, że trochę przykro i niezrozumiale, dlaczego ta Rosja została po tym, co się dzieje.

A.C.: No właśnie nie podjęto żadnej decyzji. Oczywiście Rosjanie mieli zakaz przyjazdu na jakieś konferencje, ale tak naprawdę nie zostali wykluczeni z działalności organizacji ITER.

K.G.: Chciałabym panią zapytać o politykę informacyjną. Rozumiem, z czego to wynika, że udało się coś osiągnąć, więc nazywamy to przełomem, ale przez to jest taka społeczna emocja wśród tych, którzy się tym tematem choć trochę interesują, że ciągle się mówi o tych przełomach, no a wcale nie widzę budowanej elektrowni. Czy nie jest to trochę na wyrost prowadzona polityka informacyjna, takie przegrzewanie emocji?

A.C.: Prace projektowe nad budową elektrowni prototypowej już trwają. Nasi naukowcy uczestniczą w pracach związanych z budową diagnostyk dla tej elektrowni. Wiadomo też, że przejście z eksperymentu do budowy tej technologii to też są lata, to jest minimum dwadzieścia lat.

K.G.: Ale to właśnie pan Patryk powiedział, że ciągle słyszy, że za dwadzieścia lat będzie. [śmiech]

A.C.: Po drodze zawsze pojawiały się jakieś nowe problemy. To jeszcze nie jest oficjalne, ale nawet zakładano, że ITER będzie ze ścianą berylowo-wolframową, czyli beryl w obszarze komory głównej, a wolfram w obszarze dywertora. Jednakże ta koncepcja też się już troszkę zmieniła i najprawdopodobniej – to nie jest jeszcze oficjalne – będzie cały wolframowy.

K.G.: Czyli kolejna wymiana.

A.C.: To znaczy, tej ściany jeszcze nie ma. Bo w pierwszej fazie będzie jeszcze produkowana plazma bez ściany docelowej. Ale jest w tym też troszkę polityki, bo wiadomo, są kraje, które produkują ten wolfram, te komponenty wolframowe i one optują za tym, żeby była to maszyna wolframowa. Aczkolwiek z punktu widzenia naukowców, czy to będzie do końca najlepsze rozwiązanie – niekoniecznie. Wolfram jest pierwiastkiem o wysokiej liczbie atomowej i będziemy mieli do czynienia z dużą ilością zanieczyszczeń pochodzących ze ściany. Wolfram przynajmniej na JET-cie był częściowo zjonizowany, więc spowodował największe promieniowanie w plazmie, przez co ją wychładzał, rozrzedzał. Więc to jest trochę taki skutek uboczny. Cała ta fizyka, te badania, które były prowadzone, były prowadzone dla ściany berylowo-wolframowej. Oczywiście mamy w Europie mniejsze tokamaki, gdzie mamy pełną ścianę wolframową, np. Asdex Upgrade w Niemczech. I są tam prowadzone badania, więc zakładamy, że to nie będzie aż tak duży problem, ale rzeczywistość może być inna. Więc to wszystko jest w strefie badań.

K.G.: Opowiedziała mi pani o problemach, ale ja jeszcze raz zapytam o tę politykę informacyjną. Wiem, że to nie pani za to odpowiada, ale zastanawiam się, jak państwo na to patrzą jako naukowcy, naukowczynie zajmujący się tym tematem, że widzicie nagłówek: „Przełom, już za chwilę”. Czy nie jest to czasami podkręcane?

A.C.: Na pewno, musi to być podkręcane, żeby zwrócić uwagę, że są prowadzone takie badania. Potrzebujemy też finansowania takich badań.

K.G.: Czyli to PR.

A.C.: Tak. Ale nie da się ukryć, że to są przełomowe osiągnięcia. Jesteśmy coraz bliżej takiej elektrowni, która działałaby na bazie syntezy jądrowej.

K.G.: Jak wyglądają badania czy podział prac w takim konsorcjum? Bo jak mówiłyśmy, Instytut Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy jest w ramach EUROfusion, tego konsorcjum. Jak wygląda podział zadań? Skąd wiadomo, kto się czym zajmuje? Jak szczegółowe są to zadania? Jak się pracuje nad takim gigantycznym projektem?

A.C.: Konsorcjum EUROfusion wysyła tzw. calle, udział w jakimś projekcie. I każde państwo, każde laboratorium odpowiada na taki call, takie wezwanie. Jest kilka pakietów roboczych, jak my to nazywamy, do których zgłaszamy się jako naukowcy. Ja np. koordynuję w Polsce pakiet, który jest związany z eksploatacją tokamaków w Europie. W tym pakiecie mamy głównie do czynienia z eksperymentalnymi kampaniami na różnych urządzeniach – na Asdexie w Niemczech, na tokamaku TCV w Szwajcarii, na tokamaku MAST Upgrade w Wielkiej Brytanii i także na JET-cie. I przychodzi taki call, jest jakiś plan, co trzeba zrobić, jakie są zapotrzebowania np. na potrzeby ITER-a, jakie badania trzeba przeprowadzić i się zgłaszamy. Ja dysponuję taką wiedzą, jestem specjalistą od tego, więc proponuję mój czas w tym projekcie na tyle dni w roku. Wysyłamy to, potem administracja tego konsorcjum EUROfusion decyduje, komu przyzna ile środków na takie badania. Prowadzimy te badania, raportujemy co roku i tak to się właśnie odbywa.

K.G.: To też duże wzywanie, jeśli chodzi o zarządzanie takim projektem. Pani pracuje nad tym już od lat, prawda? Osiemnaście? Dobrze zapamiętałam?

A.C.: Tak. Zaczęłam w dwa tysiące piątym roku. Mój pierwszy wyjazd na JET-a był w dwa tysiące szóstym roku. Miał się odbyć w dwa tysiące piątym, ale w wyniku problemów zostało to przesunięte o pół roku, tak że mój pierwszy wyjazd na JET-a był w dwa tysiące szóstym roku.

K.G.: Jakie to jest uczucie – pracować przy takim projekcie? Czy ma pani jeszcze przed oczami tę wielką wizję ludzkości uwolnionej od paliw kopalnych i w ogóle problemu energetycznego? Czy to jest taka praca, gdzie trzeba się skupić na każdej śrubce, na każdym małym elemencie i gdzieś ten duży obraz ucieka? Jak to jest na co dzień?

A.C.: Wiadomo, że każdy naukowiec robi jakąś małą rzecz. Ja specjalizuję się w spektroskopii plazmy, więc badam te zanieczyszczenia, które występują w plazmie w wyniku jej oddziaływania ze ścianą. Więc zajmuję się bardzo małą działką, ale biorąc to wszystko do kupy, daje to pełny obraz. I ja, wykonując swoją pracę, wierzę, że kiedyś będziemy uzyskiwać energię z syntezy. Może nawet nie ja będę z tego korzystać, ale może już moja czteroletnia córka będzie mogła mieć prąd elektryczny z takiej elektrowni.

K.G.: To wizja przyszłości. Zaryzykuję to pytanie: kiedy może się tak wydarzyć, że powstaną elektrownie zasilające już regularnie – nie eksperymentalne, nie demo, tylko takie normalnie funkcjonujące? I czy to będzie jedna wielka elektrownia na kraj, czy po jednej mniejszej w województwie? Jak to będzie wyglądało?

A.C.: Takie wstępne ustalenia stanowią, że pierwsza prototypowa elektrownia demo ruszy może około dwa tysiące pięćdziesiątego piątego roku. A potem to już zależy od każdego kraju, czy zechce wejść w tę nową technologię i budować u siebie, czy nie. Bo paliwa mamy pod dostatkiem, jest ono tak rozłożone na świecie, że każdy ma dostęp do różnych złóż mineralnych, z których możemy pozyskiwać lit czy nawet deuter, bo tej wody jest na Ziemi pod dostatkiem.

K.G.: Czyli ta demo będzie w dwa tysiące pięćdziesiątym piątym, ale na pewno będą jakieś opóźnienia. A taka elektrownia już normalnie funkcjonująca? Kiedy może być tak, że to będzie nasze podstawowe źródło energii?

A.C.: Nie chcemy, żeby to było podstawowe źródło energii, tylko uzupełnienie.

K.G.: Dlaczego? Skoro jest taka czysta, piękna, wspaniała, dostępna?

A.C.: Myślę, że elektrownie termojądrowe będą działały też w towarzystwie elektrowni jądrowych, bo z tych dwóch źródeł możemy uzyskiwać duże ilości energii. Warto dodać, że obecnie najwięcej energii produkuje się z paliw kopalnianych, czyli z węgla, z ropy, z gazu ziemnego. Natomiast tych surowców nie starczy na wiele lat. Zasoby węgla na świecie starczą na sto trzydzieści dziewięć lat, tak podają statystyki. Oleju wystarczy na pięćdziesiąt cztery, a gazu na czterdzieści dziewięć. W perspektywie czasowej jest to bardzo krótko. Więc musimy szukać jakichś alternatywnych źródeł energii. Poza tym musimy do dwa tysiące pięćdziesiątego roku w Europie ograniczyć emisję dwutlenku węgla. A produkujemy go najwięcej właśnie z tych paliw kopalnych.

K.G.: Nie da się pani namówić na tę konkretną datę. [śmiech]

A.C.: Nie można mówić o konkretach. Zakłada się, że prototypowa elektrownia powstanie w okolicach dwa tysiące pięćdziesiątego piątego roku. Mniejsze urządzenia, np. prototypowa elektrownia STEP w Wielkiej Brytanii, ma zadziałać już około dwa tysiące czterdziestego roku. Jest na razie w fazie projektowania. Więc widać, jaka to skala czasowa, nawet wyprodukowania takiej mniejszej i łatwiejszej w budowie elektrowni. A potem to już zależy od polityki każdego kraju. Najpierw musimy dowieść, że wyprodukujemy tę energię.

K.G.: Ale może będzie się pani kiedyś przechadzać z laseczką, z siwym włosem i będzie pani opowiadała tym młodym znudzonym studentom, którzy będą mówili: co to za problem zrobić fuzję jądrową. [śmiech]

A.C.: Może tak być. [śmiech]

K.G.: I tego pani i nam wszystkim życzę – żeby się udało. Bo naprawdę, kwestia energetyki – to banał, co powiem – jest dla nas wszystkich kluczowa. Pani profesor Agata Chomiczewska, szefowa Laboratorium Badań Plazmy Metodami Spektroskopowymi w Instytucie Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy odwiedziła Radio Naukowe. Dziękuję bardzo.

A.C.: Dziękuję.

Dodane:
2 tys.

Notatki do odcinka

Informacja o ostatnim, przełomowym osiągnięciu tokamaku JET. Uzyskano rekord 69 megadżuli energii przy zużyciu zaledwie 0,2 miligrama paliwa. Informacja została upubliczniona już po premierze odcinka.

https://www.ifpilm.pl/17-news/krajowe/2176-przelomowe-osiagniecie-w-badaniach-nad-synteza-jadrowa-2

Konferencja prasowa zespołu JET

Budowa ITERa

 

Krótkie wyjaśnienie, jak działa fuzja (po angielsku)

prof. Agata Chomiczewska

prof. Agata Chomiczewska

Kierowniczka Laboratorium Badań Plazmy Metodami Spektroskopowymi w Zakładzie Fuzji Jądrowej i Spektroskopii Plazmy, Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy im. Sylwestra Kaliskiego. Zainteresowania badawcze: kontrolowana fuzja termojądrowa, zanieczyszczenia plazmy, duże urządzenia badawcze (JET, ASDEX-Upgrade, TCV, W7-X).

Obserwuj Radio Naukowe

Ulubione

Skip to content