Największy stellarator z udziałem know-how Politechniki Warszawskiej

W artykule Gazety Wyborczej zatytułowanym „Energia dla naszych wnuków”, dziennikarz Jacek Krywko przybliża historię powstania mechanizmów, które mogą zadecydować o przyszłości następnych pokoleń. W korespondencji z Instytutu Fizyki Plazmy Maxa Plancka w Griefswaldzie, opisuje urządzenie Wendelstein 7-X, które zostało uroczyście zaprezentowane pod koniec maja br. Reaktor 7-X ma odtworzyć procesy zachodzące w Słońcu. Odwołując się do szkolnej wiedzy, autor artykułu przybliża fizykę naszej gwiazdy, zestawiając ją ze stanem współczesnych dokonań w zakresie pozyskiwania energii.

- Energia słoneczna powstaje w reakcji syntezy termojądrowej, która polega na łączeniu się jąder pierwiastków. W pierwszym etapie z dwóch jąder wodoru powstaje jądro deuteru. Ubocznym produktem reakcji jest przy tym neutrino i pozyton. Neutrino ucieka, a pozyton anihiluje z najbliższym elektronem, wytwarzając energię. Następnie jądro deuteru łączy się z kolejnym jądrem wodoru, tworząc jądro helu-3. A na koniec dwa jądra helu-3 łączą się, w wyniku czego powstaje jądro helu-4 i dwa jądra wodoru. Otrzymywana w tych reakcjach energia uwalniana jest w postaci fotonów, czyli światła. Większość tych reakcji zachodzi w jądrze Słońca, gdzie gęstość wynosi ok. 150 ton na metr sześcienny, ciśnienie - 400 mld atmosfer, a temperatura dochodzi do 14 mln stopni Celsjusza. Nie jesteśmy w stanie odtworzyć na Ziemi takich warunków. Potrafimy już uzyskać potrzebną temperaturę, ale nie radzimy sobie z takim ekstremalnym ciśnieniem. Reakcję można jednak przeprowadzić przy niższym ciśnieniu, jeśli temperatura będzie odpowiednio wyższa - pisze Jacek Krywko.

Dodaje, iż żaden znany nam materiał nie jest w stanie wytrzymać kontaktu z temperaturą 100 mln stopni Celsjusza, dlatego też plazma musi być utrzymywana w polu magnetycznym, tak by nie dotykała ścian reaktora. Pierwszym podejściem do budowy takich urządzeń były tokamaki z cewkami magnetycznymi ułożonymi na zwykłym pierścieniu. Krywko zauważa, że dużo lepsza dla stabilności plazmy jest geometria pięciokrotnie zwiniętej wstęgi Móbiusa. Dlatego niemal równocześnie z tokamakami powstały  stellaratory, czyli reaktory, w których o odpowiednie pole magnetyczne dba sama geometria cewek, zawiniętych na kształt wstęgi Móbiusa. Urządzenia te były jednak znacznie trudniejsze w budowie od tokamaków i do ich konstrukcji powraca się dopiero teraz.

Jak pisze dalej, w projekcie W7 reaktor składa się z komory próżniowej, w której ma być utrzymywana plazma, otoczona 70 cewkami elektromagnesów schładzanymi do temperatury bliskiej zeru absolutnemu za pomocą ciekłego helu. Całość otoczona jest obudową w kształcie torusa. Dzięki W7 naukowcy upewnią się, czy stellarator nadaje się na konstrukcję przyszłych elektrowni termojądrowych.

Autor artykułu przybliża nam również koszty poniesione w związku z uruchomieniem stellaratora. Otóż Polska wyłożyła na ten projekt 6,5 mln euro, choć całość kosztowała ponad 2 mld euro. Niemniej wkład myśli  technicznej był znacznie większy. Polskie firmy zaprojektowały i dostarczyły szereg kluczowych elementów, m.in. system chłodzenia czy komory wygrzewania. Cewki magnesów łączyli specjaliści od nadprzewodnictwa z PAN z Krakowa, podczas gdy analizą systemu magnetycznego oraz emitowanego podczas pracy reaktora promieniowania rentgenowskiego zajmowali się eksperci z Politechniki Warszawskiej i Uniwersytetu Opolskiego. Udział w projekcie miało też Narodowe Centrum Badań Jądrowych w Świerku.

Po co nam ten reaktor? „Fuzja jądrowa może stać się dominującym źródłem energii na świecie dopiero za sto czy dwieście lat - mówi prof. Jagielski z NCBJ PAN. „To nie jest technologia jutra, lecz pojutrza. Świata, gdzie nie ma wojen o surowce, bo prąd wytwarza się z wody i ziemi, nikt z żyjących nie zobaczy. Ogromne pieniądze łożone na badania w tej dziedzinie nie są inwestycją dla nas samych, lecz dla naszych wnuków.”

Pełen materiał opublikowano w Gazecie Wyborczej dnia 17 czerwca 2014