Branduolinės sintezės proveržis kontekste

Praėjusį mėnesį Nacionalinė uždegimo įranga Lawrence'o Livermore'o nacionalinėje laboratorijoje (LLNL) Kalifornijoje paskelbė reikšmingas proveržis branduolių sintezės tyrimų srityje. Nuo tada daugelis žmonių manęs klausė, ką iš tikrųjų reiškia šis proveržis.

Pirmiausia aptarkime kai kuriuos branduolių sintezės pagrindus. Šiuolaikinės atominės elektrinės yra pagrįstos branduolio dalijimusi, tai yra sunkaus izotopo, pvz., urano-235, padalijimas į du mažesnius izotopus. (Izotopai yra tik skirtingos elemento formos).

Paprastai tariant, branduolio dalijimasis yra tarsi mažytės kulkos šaudymas į izotopo centrą, dėl kurio jis tampa nestabilus ir suskilęs. Kai jis suskaidomas, jis išskiria didžiulį kiekį energijos (masė ir energija yra susietos pagal garsiąją Einšteino lygtį E = Mc²). Tada ši energija gali būti paversta elektra.

Tačiau vienas iš pagrindinių prieštaravimų branduolio dalijimuisi yra tas, kad dalijimosi šalutiniai produktai yra labai radioaktyvūs ir daugelis jų yra ilgaamžiai. Kitaip tariant, jie kelia pavojų gyvybei, jei nėra tinkamai tvarkomi. Dėl šių radioaktyvių šalutinių produktų kai kurie pasisako prieš branduolinę energiją.

Branduolio sintezė, kuri yra žvaigždžių, tokių kaip mūsų saulė, galios šaltinis, skiriasi. Su sinteze jūs priverčiate mažesnius izotopus, kad susidarytų didesni izotopai. Paprastai tai apima vandenilio – mažiausio elemento – izotopų sujungimą, kad susidarytų helis. Ši reakcija išskiria dar daugiau energijos nei dalijimosi reakcija, bet dar svarbiau, kad ji nesukuria jokių ilgalaikių radioaktyvių šalutinių produktų. Štai kodėl branduolių sintezė dažnai vadinama energijos gamybos „šventuoju graliu“.

Taigi, kokia problema? Tie maži vandenilio izotopai yra labai atsparūs susiliejimui. Norint priversti juos susilieti, reikia didžiulio slėgio ir aukštos temperatūros (kaip ir saulėje). Tai labai skiriasi nuo branduolio dalijimosi, kuris vyksta gana lengvai. Taigi, nors branduolių sintezę galima pasiekti naudojant branduolinius ginklus, mokslininkai dešimtmečius bandė sukurti kontroliuojamą sintezės reakciją, kurią būtų galima panaudoti energijos gamybai.

Bėgant metams buvo paskelbta daug „proveržių“. Praėjusį mėnesį buvo paskelbta, kad pirmą kartą mokslininkai iš sintezės proceso gavo daugiau energijos, nei turėjo įnešti. Ankstesnėms pastangoms pasiekti sintezę reikėjo daugiau energijos nei sintezės reakcijai.

Taigi, tai žymi reikšmingą proveržį. Tačiau kiek esame arti komercinių branduolių sintezės reaktorių kūrimo?

Štai analogija, kurią naudojau, kad ją įtraukčiau į kontekstą. Keliaujant į komercines oro linijas buvo daug etapų. 1903 m. gruodį broliai Wrightai pirmą kartą sėkmingai skrido su varikliu. Iki pirmojo transatlantinio skrydžio praeis dar 16 metų. Tačiau pirmasis plačiai sėkmingas komercinis lėktuvas „Boeing 707“ buvo pristatytas tik 1958 m.

Ilgai sklindantis pokštas visada buvo tas, kad komercinei branduolių sintezei liko 30 metų. Tiesą sakant, tai tiesiog reiškia, kad vis dar negalime pamatyti viso kelio, kaip ten patekti. Neseniai įvykęs proveržis neabejotinai yra svarbus etapas kelyje į komercinę branduolių sintezę. Tačiau mums dar gali tekti 30 metų, kol pamatysime komercinį branduolių sintezės įgyvendinimą.