Wyścig o sztuczne słońce. Chińscy naukowcy zawstydzili świat
Nie tylko jeżeli chodzi o sztuczną inteligencję jesteśmy obecnie świadkami wyścigu pomiędzy Chinami, Stanami Zjednoczonymi, Japonią, Koreą Południową i Unią Europejską. Zaciekły bój toczy się również o fuzję jądrową. W tym przypadku na czoło ponownie wysunęli się reprezentanci Państwa Środka.
Na razie nasza energetyka jądrowa oparta jest na rozszczepianiu atomów. Wystrzelane neutrony bez ładunku elektrycznego znajdują prostą drogę do dodatnio naładowanego jądra atomu i powodują jego rozpad, co z kolei uwalnia spore ilości energii. Tak pozyskana energia nie powoduje emisji, ale problem jest z odpadami radioaktywnymi. Alternatywą jest fuzja jądrowa, która jest procesem dokładnie odwrotny do rozszczepienia jądra atomu. W grę wchodzą lżejsze pierwiastki, jak wodór. Trzeba odpowiednią temperaturą i ciśnieniem pokonać naturalną siłę odpychającą od siebie dodatnie jądra. Wtedy też uwalniane są spore ilości energii. To proces, który napędza słońce i inne gwiazdy.
Tylko, że przez lata taka synteza jądrowa stanowiła przeszkodę technologiczną nie do pokonania. Szkopuł bowiem w tym, że trzeba stworzyć i kontrolować materię w temperaturze 100 milionów stopni C. Pierwsi w tym kierunku, jeszcze w latach 50. ubiegłego stulecia, zaczęli podążać naukowcy z USA. Ale w ostatniej dekadzie to Chiny poczyniły największy postęp i obecnie posiadają więcej patentów na fuzję niż jakikolwiek inny kraj. Jeana Paula Allain, kierujący Biurem Nauk o Energii Fuzyjnej Departamentu Energii USA, twierdzi, że Państwo Środka przeznacza od 1 do 1,5 mld dol. rocznie na badania nad fuzję jądrową.
Dla mnie ważniejsze od liczby jest to, jak szybko to robią - stwierdził w rozmowie z CNN Jeana Paula Allain.
Fuzja jądrowa, czyli nowy rekord Chin
I taki nakład finansowy po stronie Pekinu przynosi efekty. Chińscy naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy (ASIPP) w Instytucie Fizyki Hefei utrzymali reakcję fuzji jądrowej w wymaganej temperaturze 100 mln st. C przez 1066 sekund (ponad 17 minut) w eksperymentalnym zaawansowanym nadprzewodzącym tokamaku (EAST). To więcej niż dwukrotność poprzedniego najlepszego wyniku, który wynosił 403 sekundy. To też kolejny krok w kierunku rzeczywistości, w której energię wytwarzają głównie elektrownie fuzyjne.
Urządzenie fuzyjne musi osiągnąć stabilną pracę przy wysokiej wydajności przez tysiące sekund, aby umożliwić samowystarczalną cyrkulację plazmy, co jest krytyczne dla ciągłej generacji energii w przyszłych elektrowniach fuzyjnych - tłumaczy Song Yuntao, dyrektor Instytutu Fizyki Plazmy odpowiedzialny za projekt fuzji w Chińskiej Akademii Nauk.
W przypadku wszystkich projektów fuzyjnych kluczowy jest współczynnik zysku energii Q. Jego wartość większa od 1 oznacza, że taki reaktor produkuje więcej energii niż zużywa. Chiński startup Energy Singularity chce do 2027 r. stworzyć następną generację wysokotemperaturowego nadprzewodzącego tokamaka o współczynniku Q większym od 10. Do tej pory naukowcom udało się osiągnąć największy współczynnik Q na poziomie 1,53.
Mały startup zawstydził międzynarodowe towarzystwo
Chiński rekord 1066 sekund ma szansę zrewolucjonizować dotychczasowe starania względem fuzji jądrowej. Prace projektowe nad urządzeniem, zlokalizowanym w Heifei, rozpoczęły się w marcu 2022 r., a cała instalacja była gotowa w lutym 2024 r. Yang Zhao, dyrektor generalny Energy Singularity, twierdzi, że to najszybszy rekord badań i budowy nadprzewodzących urządzeń tokamakowych na świecie. Tym samym chińscy naukowcy zawstydzili swoich międzynarodowych kolegów.
Więcej o fuzji jądrowej przeczytasz na Spider’s Web:
Zwłaszcza tych zaangażowanych we francuski Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termojądrowy (ITER), który od 2006 r. finansowany i zarządzany jest przez siedem krajów. W 2024 r. ITER ogłosił blisko dziesięcioletnie opóźnienie, co ma kosztować dodatkowe 5,2 mld dol. Całkowite koszty tego projektu przekroczyły już 20 mld euro. Startup Energy Singularity zaś otrzymał do tej pory ok. 112 mln dol. od prywatnych inwestorów. Chińczycy swój rekord osiągnęli za zdecydowanie mniejsze pieniądze i szybciej. Wykorzystali m.in. materiały nadprzewodzące w wysokiej temperaturze, co zmniejszyło objętość urządzenia do około 2 proc. objętości tradycyjnych urządzeń nadprzewodzących w niskiej temperaturze. A to pozwala skrócić okres budowy z 30 do nawet 3–4 lat.
Ale w tym wyścigu do fuzji jądrowej uczestniczą też inni. Np. Commonwealth Fusion Systems z siedzibą w Deven w stanie Massachusetts współpracuje z Massachusetts Institute of Technology w celu zbudowania małego reaktora fuzyjnego o nazwie Sparc. Ma mieć lewo 1/65 objętości reaktora ITER. Pracujący nad nim oczekują, że będzie w stanie wygenerować ok. 100 MW energii cieplnej w impulsach trwających ok. 10 sekund. Te wybuchy mają być wystarczająco duże, żeby zasilić małe miasto.
