Eksperiment koji će promijeniti svijet: Znanstvenici došli korak bliže svetom gralu fizike

Znanstvenici u laboratoriju Joint European Torus (JET) u Culhamu u Velikoj Britaniji postigli su novi rekord oslobađanjem trajne fuzijske energije od nevjerojatnih 69,26 megadžula. Time je oboren prethodni rekord koji je JET postavio prije dvije godine kada je oslobođeno 59 megadžula energije. Novi fuzijski rekord postignut je u sklopu konzorcija EUROfusion, kojeg financira Europska komisija, a čiji su neizostavni dio eksperimentalni fizičari s Instituta Ruđer Bošković (IRB). Znantvenici su tako došli korak bliže tzv. svetom gralu fizike.

- Ovaj rezultat doista naglašava snagu međunarodne suradnje, ovi rezultati ne bi bili mogući bez rada stotina znanstvenika i inženjera iz cijele Europe – rekao je za BBC prof. Stuart Mangles s Imperial Collegea u Londonu.

Proces na Suncu i ostalim zvijezdama

Fuzija je proces spajanja jezgri lakih atomskih elemenata pri čemu se oslobađa golema količina energije. Primjerice, za generiranje rekordnih 69 megadžula energije bilo je potrebno svega 0,2 miligrama fuzijskog goriva (mješavina vodikovih izotopa deuterija i tricija). Fuzija se odvija na Suncu i ostalim zvijezdama, a riječ je o naizgled jednostavnoj reakciji. Primjerice, vodikovi izotopi deuterij i tricij se spajaju, a pritom nastaju helij i neutron. Kako bi se to dogodilo, gorivo mora biti u stanju plazme, tj. mora se ugrijati na više od 150 milijuna Celzijevih stupnjeva.

Nadalje, kako bi došlo do spajanja jezgri, plazma dovoljne gustoće mora se držati dovoljno dugo bez dodira sa stijenkama posude u kojoj se nalazi. To se postiže uz pomoć jakih magnetskih polja u tzv. magnetskim bocama ili tokamacima. Donedavno je JET, u kome se eksperimenti provode od 1984. godine, bio najveći operativni tokamak na svijetu, no od listopada 2023. godine primat je preuzeo JT-60SA u Naki u Japanu.

Novi fuzijski rekord JET-a postignut je u prosincu prošle godine tijekom posljednjeg eksperimenta jer se taj laboratorij zatvara nakon 40 godina rada. K tome, taj je rekord postignut korištenjem stijenke fuzijskog reaktora načinjene od volframa (materijala nekada redovito korišten u žaruljama) umjesto toksičnog berilija koji se dosad koristio.

Prelazak na korištenje volframa otvara novo poglavlje u potrazi za fuzijskom energijom što je posebno važno za budućnost projekta ITER (Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor). Oko 22 milijarde eura vrijedan ITER najkompleksniji je stroj u povijesti civilizacije, a gradi se u francuskom nuklearnom istraživačkom centru Cadarache u Provansi. Na projektu ITER surađuju EU, Kina, Japan, Južna Koreja, Indija, Rusija i SAD, ujedinjeni u zajedničkoj namjeri da na Zemlji stvore "mini Sunce", odnosno da proizvodnjom energije s pomoću fuzije riješe energetske probleme našeg planeta. Prvi eksperimenti u ITER-u trebali bi početi 2029. godine.

Važan je DONES

- Ovaj eksperiment pokazao je da je očito da će ITER moći pouzdano raditi i bez berilija, odnosno bez svih problema koje bi uzrokovala berilijska prašina. Pokazuje se kako je ključno poznavanje tehnologije izrade volframskih ploča i drugih materijala koji mogu izdržavati visoku temperaturu i jako neutronsko zračenje – objašnjava dr. Tonči Tadić, voditelj hrvatskih fuzijskih aktivnosti te koordinator projektnog tima DONES.HR. Podsjetimo, DONES je uređaj nužan za testiranje otpornosti na zračenje svih materijala za Demonstracijsku fuzijsku elektranu (DEMO) koja bi se gradila nakon 2035. godine, odnosno nakon izgradnje ITER-a. DONES se gradi u mjestu Escúzar, 20-ak kilometara udaljenom od Granade u Andaluziji. U postrojenju će fizičari ispitivati materijale potrebne za izgradnju prve elektrane u EU-u.

- Nakon ovih uspjeha u prvi plan opet dolazi pitanje razvoja fuzijskih materijala za fuzijsku elektranu DEMO, te proizvodnja fuzijskog goriva tricija. Za rješenje oba ova znanstvena problema nužan je projekt DONES, u kojem vodeću ulogu igraju Španjolska i Hrvatska. U biti, prijelaz na volfram nije samo tehnički detalj. To je ključni trenutak koji utire put sigurnijim, održivijim fuzijskim reaktorima – dodao je Tadić.

Naglasio je kako je do sada je na fuzijskim poslovima na gradnji ITER-a sudjelovalo šest hrvatskih kompanija, dok je na listi dobavljača za europski fuzijski program, za koju postoje stroge kontrole, upisano čak dvadeset domaćih tvrtki.