JAV mokslininkai sugebėjo įveikti vieną didžiausių barjerų kelyje į praktiškai naudingų termobranduolinių elektrinių statybą. Savo tyrimo rezultatus žurnale „Nature“ publikavę specialistai parodė, kad jie jau gali išgauti daugiau energijos iš termobranduolinių reakcijų, nei reakcijoms sunaudota kuro. Ir nors iki termobranduolinės energetikos panaudojimo praktikoje dar reikės gerokai palūkėti, pastarasis darbas yra itin svarbus žingsnis siekiant šio tikslo.

Termobranduolinės reakcijos – tai procesai, vykstantys Saulėje ir trilijonuose kitų Visatos žvaigždžių. Sugebėjus tokį procesą pažaboti, įgytume praktiškai neribotą švarios energijos šaltinį, nes jam reikalingų žaliavų yra gausu, o reakcijos produktai nėra žalingi.

Termobranduolinės reakcijos metu mažesni atomai jungiasi į sunkesnius ir atpalaiduojamas milžiniškas energijos kiekis. Norint tai padaryti Žemėje, mokslininkams reikia sukurti tokias sąlygas, kokias galima pastebėti Saulės centre. Kitaip tariant, reikia milžiniško slėgio ir temperatūros, rašo arstechnica.com.

Tai galima pasiekti dviem būdais: pirmasis – naudoti lazerius. Tai yra vadinamosios inertinio izoliavimo termobranduolinė reakcija (inertial confinement fusion, ICF). Antrajam reikalingi magnetai – šis metodas vadinamas magnetinio izoliavimo termobranduolin reakcija (MCF). Lawrence Livermore nacionalinės laboratorijos (JAV) mokslininkas Omaras Hurricane'as su kolegomis pasirinko ICF metodą – tam buvo panaudoti 192 didelės energijos lazeriai, sumontuoti Nacionaliniame uždegimo komplekse (National Ignition Facility, NIF), kuris ir skirtas termobranduolinės energetikos tyrimams.

Įprastinei termobranduolinei reakcijai sukelti ruošiamasi savaitėmis. Tačiau pati reakcija trunka vos akimirksnį (jeigu tiksliai – 150 pikosekundžių, arba trumpiau nei vieną milijardinę sekundės dalį). Per tą akimirką reakcijos branduolyje pasiekiamas 150 milijardų atmosferų slėgis. Plazmos, susidarančios šioje vietoje, tankis ir temperatūra yra beveik triskart didesni nei Saulės centre.

Pati svarbiausia reakcijos dalis – ji O. Hurricane'o grupės mokslininkams kėlė daugiausiai sunkumų – yra kuro kapsulės forma. Ši kapsulė yra gaminama iš polimero, jos skersmuo yra apie 2 mm. Kapsulės viduje yra iki kietos būsenos sušaldyto deuterio ir tričio – sunkiųjų vandenilio izotopų.

Kapsulė įstatoma į auksinį cilindrą, o visi 192 lazeriai, nukreipti tiesiai į kapsulę. Kai lazeriai, skleidžiantys rentgeno spindulius, įjungiami, jie įkaitina kapsulę ir ši akimirksniu susitraukia, o tuo metu įvyksta termobranduolinė reakcija. Tyrimo bendraautorės Debbie Callahan teigimu, „Įjungus lazerius, kapsulė suspaudžiama 35 kartus. Tai tarsi krepšinio kamuolio suspaudimas iki žirnio dydžio“.

Dėl suspaudimo susidaro milžiniškas slėgis ir temperatūra, o tokios sąlygos yra palankios termobranduolinei reakcijai. Didžiausius šio proceso sunkumus O. Hurricane'as su kolegomis įveikė praėjusių metų rugsėjį, kai pirmą kartą buvo gauta daugiau energijos nei sunaudota kuro. Bet svarbu tai, kad mokslininkui savo eksperimentą pavyko pakartoti.

Pranešama, kad minėtų eksperimentų metu išsiskyrusi energija vidutiniškai 1,5 proc. viršijo reakcijai panaudotą šiluminės energijos kiekį. Apie pirmojo eksperimento rezultatus buvo praneša dar praėjusią vasarą, tačiau eksperimentinė branduolinės sintezės reakcija buvo efektyviausia rudenį atliktuose bandymuose.

Paskutiniojo eksperimento metu išsiskyrusi energija buvo pasiekusi maksimalią 17 kilodžaulių (kJ) reikšmę, o panaudotos energijos kiekis siekė ne daugiau nei 10 kJ, sakoma pranešime. Tačiau, pasak mokslininkų, sugertoji energija sudaro vos mažiau nei 1 proc. visos lazerio spinduliui generuoti būtinos energijos kiekio.

Esminis reakcijos parametras, nustatantis vadinamojo uždegimo galimybę, vadinamasis Lawrence'o kriterijus, šių eksperimentų metu buvo pasiekęs pusę uždegimui būtinos reikšmės. Esant šiai reikšmei branduolinė reakcija tampa save palaikanti. Mokslininkų teigimu, gauti rezultatai buvo geresni, nei tikėtasi matematiškai modeliuojant eksperimentus.

O. Hurricane'as dar nepasiekė galutinio tikslo – įvykdyti „uždegimą“, kurio metu termobranduolinė reakcija generuotų tiek energijos, kiek jos sunaudoja lazeriai. Toks rezultatas taptų realiu pagrindu statyti šią technologiją išnaudojančią elektrinę.

Plazmos fizikoje energija, gaunama iš termobranduolinės reakcijos, eksponentiškai didėja priklausomai nuo reakcijos branduolyje esančio slėgio. Pasak O. Hurricane'o, jam tereikia padvigubinti slėgį, kad būtų įvykdytas „uždegimas“.

Bandymai pažaboti termobranduolinę energiją be didelių pasiekimų vykdomi jau daugiau nei 50 metų. Ir nors tikroji NIF – 3,5 mlrd. JAV dolerių projekto – paskirtis yra slapti vyriausybiniai tyrimai, pusė šios įstaigos lazerių laiko yra skiriami termobranduolinės energetikos tyrimams.

Imperatoriškojo koledžo (Jungtinė Karalystė) plazmos fizikas Zulfikaras Najmudinas sakė: „Šie rezultatai suteiks didžiulį palengvėjimą NIF mokslininkams, kurie buvo labai įsitikinę, kad tą galėjo padaryti jau prieš kelerius metus“.

Taigi, kad jau ICF metodas pasistūmėjo į priekį, savaime kyla klausimas – o kaip gi su termobranduolinėmis reakcijomis, kurių aplinka kontroliuojama magnetais? Pasak Culhamo termobranduolinės energetikos centro (Jungtinė Karalystė) direktoriaus Stepheno Cowley, tikslaus būdo palyginti abi technologijas nėra. Tačiau jeigu jau reikia lyginti, tai pažangos požiūriu MCF vis dar yra pažangesnė už ICF, nes 1997 metais Europos termobranduolinės energetikos lyderiai (Joint European Torus) pasiekė rezultatą, artimą teigiamam – sunaudoję 24 MW galios jie išgavo 16 MW.

Gana svarbu tai, kad O. Hurricane'o komandos eksperimentinis pasiekimas suteikė galimybę įrodyti, jog kompiuteriniai modeliai yra tinkami eksperimentų rezultatų prognozavimui.

Ir nors dabartinis šiuo būdu pagaminamos energijos kiekis yra didesnis, nei jo esama kure (vandenilyje), visgi jis yra apie 100 kartų mažesnis, nei sunaudota visai sistemai – didžioji dalis buvo sunaudota lazerių. Visgi tai nemažina pasiekimo svarbos – mokslininkai smarkiai priartėjo prie tikrojo „uždegimo“.

Komentarai (0)