Moć fuzije možda je 30 godina daleko, ali ćemo imati koristi mnogo ranije

Otkrića na putu do nuklearne fuzije imaju potencijalno ogromne praktične primene u svemu od lečenja raka do superiornih baterija za električna vozila.

Prva komercijalna parna mašina Džejmsa Vata je u martu 1776. smatrana mehaničkim čudom. Ipak, malo ljudi je moglo predvideti način na koji će parne mašine izmeniti svet.

Prvobitno namenjena ispumpavanju vode iz rudnika, ta tehnologija je prilagođena za toliko industrija i primena da je dovela do Industrijske revolucije.

Preporučujemo

Sad smo, prema onima koji rade na razvoju postrojenja fuzione energije, na ivici slične transformacije. Ova tehnologija ima odlike opšte svrhovitosti poput Vatove, piše Guardian.

Fuzija je mehanizam stvaranja energije koji omogućava sjaj zvezda. Otrcana je fraza da je fuzija ljudske proizvodnje na Zemlji uvek 30 godina daleko. Međutim, ako to postignemo, imaćemo toliko čiste energije da ćemo konačno moći da odbacimo fosilna goriva.

Veliki napori koje sponzorišu države i, sve više, privatne kompanije govore o napretku za koji mnogi misle da će dovesti do upotrebljive fuzione energije.

Godine 2022, vlada Ujedinjenog Kraljevstva najavila je lokaciju za Sferični tokamak za proizvodnju energije (STEP) u Zapadnom Bertonu u Notingemširu. Ovo demonstraciono postrojenje ima za cilj snabdevanje nacionalne mreže strujom do 2040-ih.

Tokom razvoja takvih postrojenja za fuzionu energiju, stvaramo nove tehnologije i rešenja koja mogu da odu mnogo dalje od proizvodnje energije. Na primer, stvaraju se efikasnije baterije za sledeću generaciju električnih vozila.

Ne samo da fuzija dolazi, već od nje ima koristi čak godinama pre prvih postrojenja za fuzionu energiju. To stimuliše investicije, pošto nove tehnologije mogu doneti profit usput.

Razvoj fuzione tehnologije ima ključnu ulogu u četiri „sporedne“ oblasti.

Propulzija

Jedna od naizgled nemogućih stvari koje fuzioni reaktor mora da uradi jeste zatvaranje gasa na temperaturi oko 100 miliona stepeni Celzijusovih, što je dovoljno vrelo da istopi bilo koji materijal. Srećom, na toj temperaturi gas postaje naelektrisan, pa se može kontrolisati pomoću magnetnih polja.

Snaga polja određuje veličinu reaktora i cenu izgradnje. Stvaranje visokoefikasnih magneta je glavni cilj kompanije Tokamak Energy. Godine 2023, najavljeno je stvaranje nove generacije superprovodnih magneta na visokoj temperaturi koji obezbeđuju stabilna magnetna polja 10 ili čak 20 puta jača od postojećih tehnologija.

To se može primeniti u oblasti magnetohidrodinamike (MDH). Poznat teoretičarima od 1950-ih, MHD pogon koristi magnetna polja za stvaranje mlazeva naelektrisane tečnosti koja pokreće vozilo. Lepota je u tome što nema pokretnih delova, tako da nema habanja.

Primena u morskim uslovima je naročito privlačna jer morska voda provodi struju mnogo bolje od slatke vode. Pošto su motori nečujni, obećavaju veliko smanjenje zvučnog zagađenja koje pogađa morske sredine.

Micubiši je u 1990-im napravio prvi prototip MHD broda, Jamato 1, ali je program napušten kad se pokazalo da je najveća brzina samo 15 km/h.

Obezbeđujući mnogo jača magnetna polja i tako veće potisak, magneti kompanije Tokamak Energy trebalo bi značajno da promene situaciju. Kompanija trenutno sarađuje sa Agencijom za napredne odbrambene projekte SAD (DARPA).

Medicinske primene

Postoji nekoliko mogućih reakcija putem kojih fuziona mašina može generisati energiju. Godine 1998, rad na fuziji atoma bora sa protonima ukazao je na stari istraživački program lečenja kancera.

Istraživači su u 1930-im pokazali da bor ima snažnu sklonost ka reakciji sa neutronskim česticama radi cepanja u litijum i helijum. Godine 1936. je ukazano na potencijal te reakcije za uništavanje ćelija raka.

Dok bor može biti ubačen u pacijenta putem medikamenata, pronalaženje odgovarajućeg izvora neutrona sredinom 20. veka bilo je veliki problem. Pacijent je morao biti odveden do nuklearnog reaktora i izložen neutronima iz njegovog jezgra, što nije baš zgodno.

Sad je taj problem gotovo rešen. Ključna inovacija iz fuzionog programa je stvaranje kompaktnog akceleratora čestica koji se može upotrebiti za prizvodnju vrlo usredsređenih neutronskih snopova. U fuziji se koriste za napajanje reaktora. Ti snopovi se mogu rekonfigurisati u medicinske svrhe, kažu u kompaniji TAE, koja pregovara sa univerzitetskim bolnicama u Birmingemu i Londonu o instalaciji eksperimentalnog aparata.

U međuvremenu, Shine Technologies proizvodi lutecijum-177, medicinski koristan izotop. Lutecijum se takođe koristi protiv kancera. Za razliku od bora, nisu potrebni neutroni radi aktivacije. Umesto toga, radioaktivan je i raspada se sa vremenom poluraspada od oko šest i po dana, emitujući viskoenergetski elektron koji cepa ćeliju raka.

Takođe emituje gama-zrak, omogućavajući uređaj za medicinsko snimanje koji može pratiti razvoj kancera i efikasnost tretmana. Kratko vreme poluraspada, međutim, znači da taj izotop ne postoji u prirodi i da se zato mora proizvoditi pomoću fuzione tehnologije.

Industrijsko snimanje

Jedan metod pokretanja fuzije je upotreba lasera za kompresiju i zagrevanje vodoničnog goriva. Fizičar Markus Rot i kolege su početkom 2000-ih otkrili da – ako kao metu postave tanak sloj materijala – mogu ubrzati čestice iz tog sloja do ogromnih brzina.

Godine 2021, Rot je osnovao Focused Energy radi razvijanja laserskog sistema za ubrzanje neutronskog snopa 100 puta intenzitetom postojećih tehnologija. Neutroni mogu biti upotrebljeni kao rendgenski zraci za snimanje, ali su mnogo prodorniji, što znači da mogu videti unutrašnjost kompaktnijih materijala.

To bi se moglo primeniti u inspekciji čelika u betonskim zgradama i mostovima radi uočavanja znakova korozije. Ista tehnika takođe može proizvesti čestice zvane mioni, omogućavajući još veće projekte snimanja.

Mioni nastaju prirodno kad čestice koje dolaze od Sunca udare atome u Zemljinoj gornjoj atmosferi. Imaju izuzetnu snagu penetracije. Korišćeni su 2011. nakon nuklearne katastrofe u Fukušimi radi lociranja istopljenog jezgra reaktora. Slični detektori su 2017. otkrili dotad skrivenu komoru u Velikoj piramidi u Gizi. Geolozi koriste mione radi proučavanja kretanja magme u vulkanima pre erupcija.

Međutim, količina miona u prirodi je relativno mala. Držite šaku prema Suncu i samo jedan mion će proći kroz vaš dlan svake sekunde. Zbog toga je bilo potrebno pet meseci da se snimi jezgro Fukušime.

Rotov laserski metod bi mogao povećati broj miona 10.000 puta, izuzetno ubrzavajući proces snimanja, premda je razvoj sistema dovoljno velikih za proučavanje vulkana još u budućnosti.

Postupanje sa nuklearnim otpadom

Pošto je isključila poslednje nuklearne elektrane 2023, Nemačka sad mora da reši pitanje otpada, koji se gomilao decenijama. Sistem snimanja kompanije Focused Energy će utvrditi sadržaj kontejnera i u kakvom stanju je otpad, tako da se može bezbedno i konačno skloniti.

Shine Technologies planira da ode korak dalje. Umesto upotrebe neutrona za snimanje otpada, ako neutronski snop može da bude intenzivniji – može da pretvori otpad u manje štetne supstance.

Na primer, tradicionalni nuklearni reaktori cepaju uranijum-235 ili plutonijum-239 radi proizvodnje energije. Otpadni proizvod je jod-129, sa vremenom poluraspada dužim od 15 miliona godina. Međutim, ako bi mogao biti bombardovan visokointenzivnim neutronskim snopom, transformisao bi se u jod-128, koji ima vreme poluraspada od samo 25 minuta.

Ispostavlja se da će vrsta neutrona koja je potrebna za ovo biti proizvedena u velikoj količini u mnogim fuzionim postrojenjima. Tako da će budući reaktori ne samo rešiti probleme sa energijom, već se mogu upotrebiti i za čišćenje prljave zaostavštine prvih nuklearnih reaktora.

„Verujem da će fuzija bitno izmeniti stvari kao parna mašina“, kaže Rot. „Moći ćemo da uradimo mnogo toga u našem društvu što ranije nije bilo moguće, počev od sređivanja velikog nereda preostalog od Industrijske revolucije“.

(Telegraf Nauka/Guardian)