Dodaj nową odpowiedź

Sceptyczne reakcje naukowców wywołały doniesienia o przeprowadzeniu tak zwanej zimnej fuzji termojądrowej w dwóch laboratoriach w Stanach Zjednoczonych. Synteza termojądrowa - źródło energii gwiazd, a także bomby wodorowej - jest od ponad 20 lat jedną z najważniejszych dziedziń poszukiwań fizyków.

Energia za darmo
Jeśli udałoby się ją opanować, zapewniłaby praktycznie niewyczerpane zasoby energii. Paliwem mogłaby być nawet woda morska. Eksperymenty przeprowadzono w Federalnym laboratorium w stanie Tenessy oraz w Instytucie Fizyki Politechniki Nowojorskiej. Ich wyniki opublikowane w miesięczniku Science zdają się potwierdzać, że naukowcom udało się wywołać fuzję w mikroskali.

Aceton i ultradźwięki
Eksperyment polegał na "ostrzelaniu" ultradźwiękami acetonu w butli, umieszczonej na "prawie normalnym" stole. Według Science zabieg ten wytworzył fuzję w mikroskali. W próżniowych mikrobąbelkach, jakie powstały w acetonie udało się osiągnąć temperatury rzędu milionów stopni w czasie trylionowych części sekundy. Według autorów doświadczenia, takie temperatury powstają tylko po zajściu reakcji termojądrowej.

Podczas fuzji termojądrowej łączą się jądra dwóch atomów deuteru, który jest izotopem wodoru. Z reakcji tej powstaje tryt, inny izotop wody i wydzielane są ogromne ilości energii.

Słońce w mikrobąbelku
Oznacza to, że jeśli eksperyment ten przebiegł tak jak twierdzą jego autorzy, to w butelce stojącej na stole odtworzono w mikro-mikro-skali warunki panujące na słońcu. A to z kolei może oznaczać, że nuklearna butelka z fotografii obok, może stać się najważniejszym i najsłynniejszym urządzeniem w historii nauki.

Czas na sceptyków
Rewelacje o przeprowadzeniu zimnej fuzji pojawiają się w światku naukowym niemal równie regularnie, jak doniesienia o potworze z Loch Ness. Najboleśniejsza dla naukowców była kompromitacja po przeprowadzeniu rzekomej zimnej fuzji w roku 1989. Twórcy tamtego ekspertymentu, Stanley Pons z Uniwersytetu Utah i Martin Fleishman z brytyjskiego Uniwersytetu w Southampton, zwołali konferencję prasową, na której zapowiedzieli naukową rewolucję. Zimną fuzję mieli osiągnąć po poddaniu specjalnym zabiegom rzadkiego matalu, palladu. Żadnemu innemu laboratorium nie udało się jednak nigdy powtórzyć tego eksperymentu. Zrodziło to nawet przekonanie, że Pons i Fleishman dopuścili się zwykłego oszustwa. Od tego czasu określanie "zimna fuzja" jest w niektórych kołach naukowych słowem tabu. Dlatego też nie brak głosów, że artykuł w Science ukazał się przedwcześnie, i że eksperyment powinien był wielokrotnie powtórzony, w różnych skalach i warunkach.

Złoty środek
Redakcja miesięcznika Science odpowiada, że ważne jest, aby znaleźć złoty środek na przełamanie tego dylematu. Chodzi o kontynuowanie intensywnych badań w tej dziedzinie, ale z unikaniem hurra-optymizmu. Science twierdzi też, że eksperyment "acetonowy" był powtarzany wielokrotnie. Zdaniem jego twórców i miesięcznika to doświadczenie powinno zostać potraktowane jako ... obiecujące.

Największe ilości energii można otrzymać w wyniku łączenia się (reakcji syntezy lub inaczej termojądrowej) lekkich jąder na przykład wodoru w cięższe. Ponieważ oba jądra mają ładunek dodatni, występuje między nimi duża siła odpychająca, którą można przezwyciężać tylko wtedy, gdy reagujące jądra mają bardzo dużą energię kinetyczną. Możliwe jest to w bardzo wysokich temperaturach wynoszących 100 milionów stopni Celsjusza. Reakcja termojądrowa zachodzi wewnątrz gwiazd. Obecnie na Ziemi możliwe jest to w bombie wodorowej gdzie zapalnikiem jest bomba atomowa lub wewnątrz specjalnego reaktora, gdzie generowane jest potężne pole magnetyczne, dzięki któremu gorąca plazma (oddzielne jądra i elektrony) trzymana jest z dala od wewnętrznych ścian reaktora. Zawieszana jest w próżni w pułapce z pola magnetycznego i utrzymywana tam jak najdłużej. Urządzenia te przypominające obwarzanek nazwano "tokamakiem" (od pierwszych głosek rosyjskiej nazwy "toroid kamiera magnit katuszka", czyli "komora w kształcie torusa z cewką magnetyczną"). Do reakcji termojądrowej syntezy udało się doprowadzić dopiero na początku lat 90. Najpierw w europejskim akceleratorze znajdującym się w Oxfordshire w Anglii, nazywającym się JET (Joint European Torus)- tokamaku (JET), a potem w Princeton. Jednak Tokamaki na razie potrzebują około dwukrotnie więcej energii niż jej wytwarzają.

Reaktor termojądrowy ITER
Pomysł budowy wielkiego, międzynarodowego tokamaka przedstawił Związek Radziecki na szczycie w Genewie w 1985 roku. Od tego czasu ze zmiennym szczęściem trwają negocjacje w sprawie budowy reaktora. Federacja Rosyjska zajęła miejsce ZSRR, a Amerykanie wycofali się w 1998 roku. Na ostatnich, lutowych rozmowach w Sankt Petersburgu razem z Chińczykami zgłosili swój akces do programu. Obecnie pracują nad nim wszystkie najbardziej uprzemysłowione kraje świata: Unia Europejska, Kanada, Japonia, a od połowy lutego - Chiny i USA. Do końca roku 2003 zostanie podpisana umowa precyzująca, gdzie i za czyje pieniądze zostanie zbudowany ITER. W 2006 roku ruszy budowa, która zakończy się w 2016 roku. Koszt - blisko 5 mld dolarów. Reaktor składa się z 25 gigantycznych elektromagnesów, z których największy waży 840 ton. Powstające we wnętrzu maszyny pole magnetyczne (100 tys. razy silniejsze od ziemskiego) będzie ogromną niewidzialną pułapką. Uwięzione w środku paliwo zapłonie na podobieństwo Słońca, osiągając temperaturę 100 milionów stopni Celsjusza. Wyemitowana przez nie energia zostanie przekształcona w prąd - tak będzie działał ITER, eksperymentalny reaktor termonuklearny, drugi największy - po stacji kosmicznej Alfa - projekt naukowy w historii. W ITERze plazma zapłonie na 500 sekund, w czasie których reaktor wyprodukuje 500 megawatów energii, dziesięć razy więcej, niż pobrał. Z tego będzie mógł oddać 25 proc. mocy, bo reszta będzie konieczna do podtrzymania reakcji. Paliwem dla reaktora będą łatwo dostępne deuter i lit. W każdym metrze sześciennym morskiej wody jest 30 gramów tzw. ciężkiej wody, czyli deuteru, który można łatwo odzyskać dzięki elektrolizie. Tryt, jeszcze cięższy brat deuteru, będzie uzyskiwany z litu. Energia wyprodukowana z zaledwie 10 gramów deuteru (500 litrów wody) i 15 gramów trytu (30 gramów litu) wystarczy, żeby zaspokoić życiowe zapotrzebowanie na energię przez przeciętnego mieszkańca nowoczesnego miasta. ITER będzie reaktorem eksperymentalnym - podkreślają jego konstruktorzy - ale będzie też ostatnim krokiem na drodze ku energii termojądrowej.

Fuzja jądrowa

Fuzja jądrowa to reakcja przeciwna do rozpadu jądrowego, który jest stosowany w praktyce od końca drugiej wojny światowej. Polega na tym, że dwa atomy lżejszego pierwiastka łączą się w bardzo wysokiej temperaturze w atomy cięższych pierwiastków, powodując wytwarzanie przy tym dużej ilości energii. Jest to dosyć uproszczone rozumowanie, ale na potrzeby niniejszego opisu to wystarczy. Problem fuzji polega na konieczności uzyskania bardzo wysokiej temperatury, umożliwiającej przeprowadzenie fuzji. Szacuje się, że potrzebna była by temperatura rzędu kilkudziesięciu milionów stopni, czyli więcej, niż gdziekolwiek na ziemi. Uzyskanie jej jest możliwe przez zastosowanie podobnego mechanizmu, jaki tworzy gwiazdy: poprzez ściśnięcie atomów wodory pod bardzo dużym ciśnieniem aż do uzyskania stosownej temperatury. Udało się opracować dwa urządzenia, służące do uzyskania reakcji fuzji, jednak nadal wymagają one dopracowania. Szacuje się, że elektrownia oparta na tej technologii była by w stanie wytworzyć około 1GW energii.

Jest jednak teoretycznie sposób na ominięcie bariery wysokiej temperatury. Mowa o tzw. zimnej fuzji, która jest teoretycznie możliwa, nawet było kilku specjalistów, którzy udawadniali, że ją przeprowadzili, ale nikomu nie udało się tego powtórzyć. Uzyskanie jej jest dużo prostsze, niż w przypadku zwykłych reaktorów, gdyż nie jest wymagana ogromna energia cieplna - całe zjawisko zachodzi w temperaturze pokojowej. W tej energii z kolei nadzieja dla lotów między gwiezdnych z dużą prędkościa, do osiągnięcia której nie wystarczają na razie klasyczne p