Gde smo sa sigurnijom nuklearnom opcijom poznatom kao nuklearna fuzija?

Očekuje se da će izgradnja postrojenja ITER - međunarodnog megaprojekta za istraživanje i inženjering nuklearne fuzije, koji finansira i vodi sedam država - Evropska unija, Kina, Indija, Japan, Rusija, Južna Koreja i Sjedinjene Države - biti završena 2025. godine, kada će biti započeto i puštanje u rad reaktora. Prva plazma ITER-a zakazana je za decembar 2025. godine.

Najveći eksperimentalni nuklearni fuzijski reaktor na svetu je u razvoju u Provansi, na jugu Francuske. ITER (prvobitno Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor) je međunarodni megaprojekat za istraživanje i inženjering nuklearne fuzije, koji finansira i vodi sedam entiteta: Evropska unija, Kina, Indija, Japan, Rusija, Južna Koreja i Sjedinjene Države. Ukupno, 35 zemalja direktno ili indirektno učestvuje u projektu.

Projekat je pokrenut 1988. godine, a očekuje se da će puni eksperimenti fuzije deuterijum-tritijum započeti 2035. godine. To je veoma dugo vreme projekta. Manhattan projekat za razvoj prvog nuklearnog oružja na svetu trajao je šest godina. Bilo bi tačno pretpostaviti da to mora biti ogroman zadatak sa dalekosežnim posledicama po čovečanstvo. Kao što je Matt McGrath s pravom svoj članak za BBC nazvao „Nuklearna fuzija je pitanje kada, a ne ako“. Koliko će nam trebati da proizvodimo energiju nuklearnom fuzijom?

Šta je nuklearna fuzija?

Nuklearna fuzija je proces koji pokreće Sunce i zvezde. Fuzija je spajanje dva ili više atoma, da bi se stvorili različita atomska jezgra i subatomske čestice. Masa izgubljena u procesu pretvara se u energiju. Da bi jezgra dva atoma prevazišla averziju jedan prema drugom, izazvanu istim naelektrisanjem, potrebne su visoke temperature i pritisci. Temperature moraju dostići približno šest puta veću vrednost od temperatura koje se nalaze u sunčevom jezgru. Pri ovoj toploti vodonik više nije gas već plazma – izuzetno visokoenergetsko stanje materije, gde se elektroni oduzimaju od atoma.

Zašto nuklearna fuzija, a ne fisija?

Sa novcem, vremenom i trudom utrošenim na ovaj projekat, postavlja se pitanje da li je to vredno? Možemo li poboljšati način na koji proizvodimo nuklearnu energiju? Najveći problem nuklearne fisije je skladištenje opasnih radioaktivnih krajnjih proizvoda. Skladištenje i prerada se dodatno komplikuju dugim poluživotom radioaktivnih materijala u nuklearnom otpadu. Na primer, neke komponente mogu zadržati polovinu svog opasnog nivoa čak i milion godina nakon proizvodnje. Dok ne pronađemo siguran i pouzdan metod, odlaganje nuklearnog otpada predstavlja samo opasan rizik, kojim ugrožavamo svoje potomstvo. Čak i uz sve preduzete mere protiv rizika, uvek postoji opasnost od nezgoda sa razornim posledicama, koje se ne mogu predvideti.

Prilikom planiranja ovog projekta , mislilo se o sledećim posledicama, kao i komparacijama fuzije i fisije (preuzeto sa ITER web-a).

  • Apsolutno je nemoguće da se u ITER-u dogodi nesreća tipa Fukušima. Osnovne razlike u fizici i tehnologiji, koje se koriste u fuzionim reaktorima onemogućavaju nuklearno topljenje fisione vrste ili odbeglu reakciju. Proces fuzije je sam po sebi siguran.
  • Čak i u slučaju kataklizmičnog proboja u tokamaku, nivoi radioaktivnosti izvan ITER ograde ostali bi vrlo niski. Preliminarni izveštaj o bezbednosti ITER predstavlja analizu rizika, koja pokazuje da će tokom normalnog rada radiološki uticaj ITER-a na najizloženije populacije biti hiljadu puta manji od prirodnog pozadinskog zračenja. Za postulirane „najgore moguće slučajeve“, poput požara u postrojenju Tritijum, evakuacija susednih populacija ne bi bila potrebna.
  • Fuzijski reaktori, za razliku od fisionih reaktora, ne proizvode radioaktivni otpad visoke aktivnosti / dugotrajnosti. „Izgorelo“ gorivo u fuzionom reaktoru je helijum, inertni gas. Budući da je vreme poluraspada većine radioizotopa sadržanih u ovom otpadu manje od deset godina, u roku od 100 godina radioaktivnost materijala će se smanjiti na  značajan način koji će omogućavati da se  materijali mogu reciklirati za upotrebu u drugim fuzionim postrojenjima.

Pa gde smo sa fuzionom energijom?

Ovo nije prvi put da se pravi nuklearni fuzioni reaktor. „Fuzijske mašine“ već su radile u Sovjetskom Savezu, Velikoj Britaniji, Sjedinjenim Državama, Francuskoj, Nemačkoj i Japanu do sredine 1950-ih. Proboj se dogodio 1968. godine u Sovjetskom Savezu, kada su istraživači uspeli da postignu određene nivoe temperature i vreme zadržavanja u plazmi – dva glavna kriterijuma za postizanje fuzije – koji nikada ranije nisu postignuti. Sovjetska mašina je bila magnetni uređaj za zatvaranje u obliku krofne nazvan tokamak. Tokamak je eksperimentalna mašina dizajnirana da iskoristi energiju fuzije.

Proces fuzije

Unutar tokamaka, energija proizvedena fuzijom atoma apsorbuje se kao toplota u zidovima posude. Baš kao i konvencionalna elektrana, fuzijska elektrana će ovu toplotu koristiti za proizvodnju pare, a zatim električne energije putem turbina i generatora. Iznutra, pod uticajem ekstremne toplote i pritiska, gasovito vodonik gorivo postaje plazma, koja obezbeđuje sredinu u kojoj se laki elementi mogu stopiti i dati energiju. Naelektrisane čestice plazme mogu se oblikovati i kontrolisati pomoću masivnih magnetnih kalemova postavljenih oko posude. Kako se čestice plazme energiziraju i sudaraju one, takođe, počinju da se zagrevaju. Pomoćni postupci zagrevanja pomažu da se plazma dovede do temperature fuzije (između 150 i 300 miliona°C). Čestice „energizovane“ do te mere mogu da savladaju svoju prirodnu elektromagnetnu odbojnost pri sudaru da bi se stopile, oslobađajući ogromne količine energije.

Bilo je raznih Tokamaka koji su uspešno funkcionisali, ali samo na kratko, što je glavni problem koji ITER pokušava da reši. Francuska drži rekord u najdužem vremenu trajanja plazme bilo kog tokamaka: šest minuta i 30 sekundi. Tek treba da se proizvede fuzijska mašina koja proizvodi onoliko energije koliko je potrebno za njeno zagrevanje, što je definisano odnosom Q. Prelom energije plazme (Q = 1) nikada nije postignut: trenutni rekord u oslobađanju energije drži JET(Joint European Torus), koji je uspeo da generiše 16 MW fuzione snage, za 24 MW snage koja se koristi za zagrevanje plazme (Q = 0,67). Cilj ITER-a je da Q = 10, što znači da se proizvodi 500 MW energije za 50 MW potrošene energije, što je vrlo odvažna meta. Ali, nije program ITER samostalan u ovoj potrazi, već su i naučni programi fuzionih mašina širom sveta preorijentisali ili modifikovali svoje tehničke karakteristike, kako bi delimično ili u potpunosti podržale rad ITER-a.

Kada će početi da radi?

Trajanje projekta je vrlo dugo. Projekat ITER zvanično je pokrenut 1988. godine sa idejnim projektnim aktivnostima. Montaža mašina pokrenuta je 28. jula 2020. godine. Očekuje se da će izgradnja postrojenja biti završena 2025. godine kada započne puštanje u rad reaktora. Prva plazma ITER-a zakazana je za decembar 2025. godine, a operacija deuterijum-tricijum treba da započne 2035. To će biti prvi put da je mašina uključena i prvi čin ITER-ovog višedecenijskog operativnog programa.

Decenije istraživanja fuzije i generacije fuzionih uređaja doprinele su dizajnu ITER-a. ITER će zauzvrat doprineti dizajnu mašine sledeće generacije DEMO, koja će istraživanje fuzije dovesti do praga prototipa fuzionog reaktora. DEMO je mašina koja će se baviti tehnološkim pitanjima unošenja fuzijske energije u električnu mrežu, što je krajnji cilj.

ITER će biti najveći fuzijski reaktor od više od 100 fuzijskih reaktora izgrađenih od pedesetih godina 20. veka, a ukupna cena izgradnje i izvođenja eksperimenta procenjuje se na 22 milijarde evra od 2016. godine. To je tehnološko čudo, bez sumnje, a dostignuća će biti ogromna. Definitivno će biti istorijski trenutak kada konačno proizvedemo neto energiju iz procesa fuzije.

Izvor: Renewable Energy World 

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on email
Email
Share on print
Odštampaj

Ostavite odgovor

Vaša adresa e-pošte neće biti objavljena.

Logo

Newsletter

Možda će Vam se svideti:

Logo

Energija Balkana

Newsletter

Nedeljni pregled vesti