BERLIN - Znanstvenici s Instituta Max Planck za fiziku plazme ovih će dana pustiti u pogon stroj koji bi mogao označiti prekretnicu u potrazi za čistim, obnovljivim izvorom energije.
Stroj vrijedan milijardu eura gradili su 19 godina, zove se Wendelstein 7-X, i predstavlja revoluciju u dizajnu fuzionih reaktora, za koji njemački znanstvenici vjeruju da bi mogao skrivati tajnu održive fuzije.
Izgradnja Wendelstein 7-X reaktora trajala je 19 godina i stajala čak 1 milijardu eura (Foto: YouTube/Science)
Nuklearna fuzija već je desetljećima san brojnih fizičara i energetičara. Radi se o procesu koji se odvija unutar svih zvijezda, pa tako i našeg Sunca, koji stvara energiju spajanjem atomskih jezgri, umjesto razbijanjem, što radimo u komercijalnim fizijskim reaktorima.
Prednosti, barem na papiru, su enormne - fuzija ne stvara radioaktivne nusproizvode, a kao gorivo može koristiti vodik, kojeg možemo lako i jeftino proizvesti, u usporedbi s uranom ili plutonijem.
No, iako se na nuklearnoj fuziji radi već 60 godina, još uvijek smo daleko od iskoristive tehnologije. Dosad najuspješniji fuzioni reaktori zasnovani su na ‘tokamak’ modelu - reaktor u obliku torusa, uštipka, koji je opasan prstenovima elektromagneta.
Elektromagneti su neophodni jer se unutar reaktora nalazi plazma, zagrijana na 100 milijuna Kelvina. Kada bi došla u kontakt sa stjenkama reaktora došlo bi to trajnih oštećenja, te se iz tog razloga drži suspregnuta u magnetnom polju u unutrašnjosti reaktora.
'Klasični' tokamak - oblika uštipka s magnetima u obliku prstenja oko glavnog torusa (Foto: Institut Max Planck / CC)
No, svi modeli tokamaka do sada su se pokazali neučinkovitima. Kada se uzme u obzir energija potrebna za napajanje elektromagneta i energija potrebna za zagrijavanje plazme na temperaturu neophodnu za fuziju, tokamak reaktori ne stvaraju dovoljno energije da bi napajali sami sebe - potreban im je vanjski izvor energije.
Drugi veliki problem tokamak dizajna je da, do sada, nije bilo moguće zadržati plazmu u stanju fuzije dulji period vremena. Dosadašnji rekorder je francuski tokamak ‘Tore Supra’, koji je održao fuziju punih šest minuta i 30 sekundi.
Novi njemački reaktor, Wendelstein 7-X, prvi je funkcionalni reaktor koji koristi takozvani ‘stelerator’ dizajn - umjesto jednostavnog uštipka s magnetima u obliku prstenova, Wendelstein koristi uvijene oblike i nepravilne magnete kako bi plazmu u reaktoru držao u obliku višestruko izvrnute trake.
Oblik plazme u stelerator reaktorima - izgleda poput višestruko izvrnute trake (Foto: YouTube/Science)
Iako je ideja za takav dizajn nastala 50-ih godina prošlog stoljeća u umu genijalnog fizičara Lymana Spitzera, nije postala popularna jer zahtjeva znatno više magneta i složeniji dizajn. Izračune neophodne za preciznu konstrukciju učinkovitog steleratora ne bi mogla odraditi niti mala vojska matematičara - no njemački je tim koristio superračunalo kako bi pronašao optimalne vrijednosti.
- To je jedino bilo moguće učiniti uz pomoć računala - rekao je Thomas Klinger, vođa projekta. - Ne možete raditi naknadne izmjene na samoj lokaciji.
3-D model Wendelsteina, na kojem se može vidjeti oblik trake od plazme unutar reaktora. (Foto: YouTube/Science)
Klinger i njegov tim nadaju se da će njihov dizajn pokazati znatno veću učinkovitost, te da će višestruko oboriti rekord u duljini trajanja fuzijske reakcije - računaju da bi Wendelstein mogao održati fuziju barem 30 minuta.
Reaktor je spreman za rad, i čeka dozvolu njemačke Agencije za nuklearnu energiju prije prvog pokretanja, što bi se trebalo dogoditi prije kraja ovog mjeseca. Ukoliko se pokaže uspješan, mogao bi predstavljati novi smjer u razvoju fuzione energije.