Sve što trebate znati o nastojanju da se nuklearnom fuzijom dobije beskonačan izvor energije

"Osnova nauke, kojom razmatramo procese dobijanja energije, oslanja se na to da između energije i mase postoji proporcionalna veza. Laki nuklidi, kao što su vodonik, helij, bor, berilij, ugljik, imaju više energije nego što ima zbir masa protona i neutrona u njihovim jezgrima. Obrnuto, u većem dijelu Periodnog sistema elemenata, od lakih pa do teških nuklida, masa koja imaju ta jezgra je manja od zbira masa protona i neutrona u tim jezgrima i ponovo kod teških nuklida imaju taj višak mase u odnosu na zbir masa pojedinačnih čestica - protona i neutrona u jezgru. Odavde slijedi da je cijepanjem, tj. fisijom jezgri teških nuklida moguće dobijanje energije. Po analogiji, spajanjem lakih nuklida moguće je dobijanje energije i to se dešava na Suncu", obrazložio je.

Napomenuo je da je fuzija dosta teži proces od fisije, ali da se od njega ne odustaje.

"Za proces cijepanja teških jezgri priroda je omogućila postizanje uslova u kojima može da se ostvari ovaj proces i tako dobija energija koja se koristi u velikom broju nuklearnih elektrana. Uslovi za postizanje procesa sjedinjavanja lakih jezgri za dobijanje energije dosta su teži. Od prvog dana rađeno je i na jednom i na drugom procesu. Jedan je uspješan, a drugi se ostvaruje sporijim tempom. Čovječanstvo se se nije predalo od toga da pokuša dobiti energiju sjedinjavanjem lakih nuklida, što se zove nuklearna fuzija", ukazao je Lazarević.

Da li je zaista riječ o beskonačnom izvoru energije

Govoreći o tome da li je zaista riječ o beskonačnom izvoru energije, podsjetio je da postoji više načina za sjedinjavanje lakih nuklida. Kao najlakši način istakao je sjedinjavanje deuterija i tricija.

"Trenutno se najveći dio istraživanja zasniva na korištenju reakcije deuterij-tricij", dodaje.

Kao najteži način istakao je spajanje deuterija sa deuterijumom. Zatim je obrazložio pod kojim uslovima bi mogla nastati beskonačna energija.

"Kad je riječ o beskonačnosti, deuterija ima i on se dobija vađenjem iz vode, a tricij se dobija iz nuklearnih reaktora. Sirovina za dobijanje tricija je litij. Dobijanje tricija ozračivanjem deuterija nije pogodno rješenje usljed malog presjeka za interakcije neutrona sa deuterijom. Rezerve litija su vrlo ograničene - za nekoliko stotina godina. Osim toga, litij je perspektivan kao osnovni materijal za litijske baterije. Shodno dome, izvor deuterij-tricij za pogon fuzijskih nuklearnih postrojenja nije beskonačan izvor. Međutim, postoji nada i vjerovatnoća da će se u dodatne napore doći do toga da se fuzija ostvari preko reakcije deuterija-deuterija i tek tada bi se moglo kazati da je fuzija beskonačan izvor energije", naglasio je.

Pitali smo ga koliko je izgledno da ovo u skorijoj budućnosti postane konvencionalan način proizvodnje energije. Prema njegovim riječima, cijeli svijet zajedno radi na tome, tj. na završetku postrojenja Iter u Francuskoj. Postrojenje se nalazi u nuklearnom centru Cadarache.

"Evropa učestvuje sa četiri jedanaestine, Sjedinjene Američke Države sa dvije jedanaestine, Kina, Japan, Rusija, Indija i Južna Koreja sa po jednom jedanaestinom. Ovo postrojenje razvija se 15 godina i očekuje se da bude završeno u probni rad za koju godinu. Rok je pomjeren usljed pandemije koronavirusa. To nije postrojenje koje će se koristiti za proizvodnju struje, niti toplotne energije, već čisto eksperimentalno postrojenje", potcrtao je sagovornik Klix.ba.

Ukazao je da predviđeni troškovi ovog postrojenja prevazilaze 20 milijardi eura, a što je više od troškova za tri nuklearne elektrane od pod 1.000 megavati.

"Radit će na reakciji deuterij-tricija, a ovi nuklidi, da bi bili zajedno na temperaturi od milion stepeni, bit će pretvoreni u plazmu. Plazma se drži u torusu pomoću superprovodnih magneta koji su veoma gabaritni i imaju složenu kriogenu tehniku. Sam torus ima ogromnu zapreminu od 800 metara kubnih. Za zagrijavanje plazme do milion stepeni u trajanju do 400 sekundi potrebna fuziona reakcija", naveo je.

Konkretno je objasnio šta znači ova reakcija tokom koje se i stvara toksična voda, ali koja se u rijeku vraća nakon filtriranja.

"U reakciji deuterija i tricija oslobađaju se neutroni energije 14 miliona elektron-volti. Sa tako visokom energijom neutroni su dosta prodorni, udaraju u reflektor od berilija, usporavaju i predaju energiju, što dovodi do zagrijavanja berilija. Kroz berilij postavljene su čelične cijevi sa vodom kao hladiocem te se time hladi berilij. Toplota dobijena iz berilija nije predviđena za korištenje. Ona se vraća u rijeku, ali ne kao kod fisijskih nuklearnih reaktora direktno. Zbog velike toksičnosti prašine berilija, koja se formira usljed visoke temperature i radijacionih oštećenja u beriliju, voda mora da se filtrira kroz pet postrojenja (bazena), i tek onda vrati u rijeku", rekao je.

Kako je kazao Lazarević, za rad svih uređaja, koje drže magnetno polje, a koji formiraju i zagrijavaju plazmu, bit će utrošeno 100 megavati. Nagovijestio je kada bi se fuzija mogla početi koristiti za proizvodnju struje.

"U impulsu u periodu od 0 do 400 sekundi radit će na 500 megavati. Ako to bude ostvareno, eksperiment će pokazati da je čovjek uz pomoć procesa, koji se odvijaju na Suncu, uspio u dobijanju pet puta više energije od one koja je uložena. Projektovano je da eksperimenti na Iteru traju 20 godina. Na osnovu kolekcije iskustava i svih eksperimenata bit će preduzet sljedeći korak, a to je gradnja demonstracionog postrojenja koje bi proizvodilo struju", kazao je.

Kao najveći problem ocijenio je to da se u sljedećih 20 godina pokaže koliko dugo Iter može raditi u impulsnom režimu. Podsjetio je da će Iter moći raditi dva sata, da će biti potrebno 20 minuta da se isprazni, da se izvuku primjese i pripremi za novi impuls. No, Kinezi su istraživanjem došli do podataka koji daju razlog za još više optimizma.

"Prema rezultatima istraživanja u Kini, koja poput drugih država ima vlastite projekte, realne su osnove da se rad reaktora značajno produži. Ako se uspije u namjeri da se produži trajanje impulsa do nekoliko mjeseci, onda su šanse da se dođe do električne energije realne. Kao što se vidi, ulažu se intenzivni napori, postoji nada da fuzija postane izvor dobijanja električne energije, ali u ovom trenutku konačni zaključci nisu na vidiku", konstatovao je.

Prednosti nuklearne fuzije

Tema su bile prednosti, nedostaci i opasnosti ovakvog načina proizvodnje energije. Prednosti se prije svega odnose na radioaktivni otpad.

"Osnovna prednost je ta što nema iskorištenog nuklearnog goriva koje sadrži veliki broj teških nuklida i fisionih produkata, koji su veoma radioaktivni, neki sa veoma dugim poluperiodima. Istina je da se i kod fisijske tehnologije došlo do rješenja da su već stečena značajna pozitivna iskustva u tome da iskorišteni gorivni elementi budu prerađeni na dobrobit čovječanstva, tako što se izvuče ono što može da se iskoristi za procese fisije, a samo ostatak sa nuklidima, kojima je vrijeme poluraspada 30 godina, odlaže kao radioaktivni otpad", ukazao je Lazarević.

Također je izdvojio ono što je svojstveno i fisijskim i fuzijskim reaktorima.

"Što se tiče procesa da neutroni koji umiču iz nuklearnih reaktora i onda u interakcijama prave nove vještačke radionuklide, tzv. indukovanu aktivnost, taj proces postoji kod obje tehnologije. Iz iskustva znamo da nije mali kod fisijskih reaktora, naročito kad dođe vrijeme da se sve to dekomisionira. Isti radijacioni problemi, vezani su za indukovanu aktivnost, pratit će i fuzijske reaktore", naveo je.

Nedostaci i opasnosti

Potom se osvrnuo i na nedostatke i opasnosti proizvodnje energije fuzijom.

"Trenutno stanje je neizvjesnost. Postoji nada, ali za sada još uvijek ne postoje konkretna uvjerenja i dokazi. Daleko je realizacija lakšeg načina dobijanja energije preko reakcije deuterij-tricij koji ima taj nedostatak da troši litij, kao važnu sirovinu za druge aktivnosti. Dodatni nedostatak je i to što su rezerve litija ograničene na nekoliko stotina godina. Za razliku od toga, fisijski nuklearni reaktori mogu osigurati planetu u narednih 10.000 godina. Nedostatak kod fuzijske tehnologije je i to što nisu savladani ozbiljni naučno-tehnološki izazovi u ostvarivanju reakcije deuterij-deuterij. Ako se ona ostvari, u toj reakciji energija neutrona nije 14 miliona elektron-volti, nego je 2,5 miliona elektron-volti po jednoj fuziji, što će davati znatno manje energije", zaključio je dr Lazarević.

Resursi planete Zemlje nisu neograničeni. Njihova hipereksploatacija u konzumerističkom društvu, koje se povećava, uzrokovala je sve destruktivnije klimatske promjene. Zbog toga je pitanje eksploatacije resursa i njihove potrošnje aktuelnije nego ikada prije. S očekivanim rastom globalne populacije bit će još aktuelnije. Otuda je i ideja o proizvodnji energije nuklearnom fuzijom sve relevantnija.

Evropska unija je to prepoznala prije nekoliko godina kada je odredila jasan put ka tome da se do 2050. uspije u proizvodnji energije fuzijom. Da bi ostvarila taj cilj, 2014. je pokrenula program EUROfusion. Podsjećamo, EU je najveći finansijer u projektu Iter.