#28 Słońce na Ziemi, czyli Zimna Fuzja

0. Wstępniak. Energetyczny!

Witam wszystkich darmozjadów. Tylko darmozjady mają czas na czytanie kosmicznych, wątpliwej przydatności nowinek, jakie, niemal już co dzień, serwuje 'Fizyka dla Laika czyli Nauka dla Tłuka'.

Chciałem tylko napomknąć, że na fejsie jest Nas już równo 160, a wyświetleń mamy ~6000. Powoli stajemy się potęgą Internetu, już niedługo, jak przewiduję, zasypiemy świat wirtualny naszymi bzdetami, a cały Net będzie myślał kwantowo, tak jak my. Oczywiście oznacza to zagładę ludzkości, bo kto będzie wtedy robił obiady, pracował w fabrykach, sprzedawał bułki w sklepie, karmił gołębie?

Ano nikt. I do tego właśnie dążę, ja, mój blog, do zapanowania...

Przepraszam, rozpędziłem się. I zdradziłem plan zawładnięcia światem. Nieważne ;)

Tak naprawdę chodzi mi o poszerzanie horyzontów myślowych. Abyście, Drodzy Tłukowie i Laicy, nie tyle wiedzieli wszystko o kwantach, fizyce relatywistycznej czy gwiazdach neutronowych, tylko o to, abyście wiedzieli, że istnieje także niesamowity świat oprócz tego, który widujemy na co dzień. Nie sposób stać się fizykiem tylko z czytania bloga, bo ja też do tego miana nie aspiruję - brakuje mi akademickiej wiedzy. Ale za to, mamy przyjemność z czytania o rzeczach kosmicznych, a, jak pewnie wiecie, to, co staje się pracą, obowiązkiem, przestaje być już tak atrakcyjne. 

Jednym słowem - chcę rozczapierzyć Wasze mózgi i wnieść iskierkę zainteresowania fizyką :) Która jest świetna, ale w formie pasji - być może studenci fizyki nie są już tak entuzjastycznie do niej nastawieni. Radość maleje odwrotnie proporcjonalnie do ilości egzaminów ;)

Dziś będzie o Zimnej Fuzji. To coś, co daje olbrzymią ilość energii, działa na takiej samej zasadzie jak Słońce - łączy atomy wodoru w hel. Wodoru mamy pod dostatkiem - np. w postaci wody w oceanach. Energii z fuzji powstaje więcej (oczywiście udziałem procentowym masa -> energia) niż w reaktorach atomowych - jest to proces bardziej wydajny niż rozszczepianie atomów.

A więc - do rzeczy.

1. Źródła energii jako takie. Czyli - czym się obecnie karmimy.

Odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna lub pochodząca od wiatru, ma coraz większy udział w ogólnej produkcji światowej energii. To nie nowina, bo źródła klasyczne, takie jak elektrownie węglowe, wykorzystujące paliwa kopalne, są bardzo szkodlwie dla środowiska. Potrzebujemy alternatywy. Stąd wiatraki i panele słoneczne.

Dlatego, kiedy udało się skonstruować elektrownie atomowe, wszyscy oszaleli ze szczęścia. Energia atomowa posiada wiele zalet i przewag nawet nad odnawialnymi źródłami energii. Kiedy nie świeci Słońce i wiatr nie wieje, zawsze możemy sobie rozszczepić atom czy dwa, i - bum! Jest prąd ;) Jednakże do rozszczepiania atomów potrzebny sa rzadkie metale, takie jak uran. Cały proces zrzuca nam na barki problem składowania radioaktywnych odpadów - produktów ubocznych w elektrowniach atomowych. Jest także kwestia kontroli nad całym systemem, czasem dochodzi do tragedii - i są to Tragedie przez duże Te, jak w Czarnobylu lub, niedawno, w Fukushimie.

Innym źródłem energii jądrowej jest tak zwana Fuzja Jądrowa. Łączenie, zamiast rozszczepiania, i do tego wodoru, a nie rzadkich metali, to praktycznie nieograniczone źródło czystej, a tak potrzebnej ludzkości masy pomnożonej przez prędkość światła (słynne E=m c ^2 = energia!).

Fuzja zasila Słońce od miliardów lat. I co? Świeci dalej! Energia słoneczna leci do nas 8 minut, pokonuje około 150 milionów kilometrów i daje nam życiodajne zasilanie. Jednakże, pomimo wielu wysiłków, nie udało się jeszcze stworzyć zamiennika Słońca na Ziemi - elektrowni fuzyjnej.

Jest taki żart, wymyślony dawno temu: 'ludzkość dzieli od zimnej fuzji 50 lat, i zawsze będzie dzielić' :)

Jednakże, obecnie, mamy powody sądzić, że już niedługo uda się dopiąć swego. Komercyjna Zimna Fuzja jest już w zasięgu ręki. Jak to możliwe?

2. Dlaczego Fuzja i dlaczego Zimna.

Zimna Fuzja to, na razie, hipotetyczna metoda połączenia dwóch jąder atomowych, którą dałoby się uzyskać w temperaturze o wiele niższej niż w znanych dzisiaj reakcjach termojądrowych.

Aby zfuzjownować dwa jądra atomowe, należy pokonać siłę elektrostatyczną (odpychającą) protonów. Potrzebna jest do tego spora dawka energii. Kiedy dwa jądra są dostatecznie blisko, silne oddziaływania jądrowe (jedna z sił fundamentalnych) zaczynają dominować nad elektrostatyką. Jądra muszą zetknąć się powierzchniami. Takie akcje są obecnie uzyskiwane jedynie w LHC (akcelerator cząstek - Wielki Zderzacz Hadronów w CERNie, Genewa), albo właśnie w tokamakach, gdzie wytworzona plazma ma parametry podobne do materii słonecznej.

Do takiego procesu niezbędna jest energia rzędu milionów stopni Celsjusza. I dlatego, jeśli uda się dokonać fuzji w warunkach znacznie chłodniejszych, będzie nazywać się Zimną.

Zimna Fuzja przewyższa wydajnością spalanie węgla... milion razy! Syntezuje się deuter, trwały izotop wodoru. Co to jest izotop? To sytuacja, kiedy mamy dziewczynę o imieniu Iza. Iza idzie na basen, ale nie umie pływać i się topi. Izotop. Google! ;) W reakcji jako produkt uzyskuje się izotopy helu lub tryt - inny izotop wodoru. Nie powiem, co to jest izotop. Nie. Jesteśmy Laikami i Tłukami, a nie Leniwcami i Ślimakami.

Synteza deuteru zachodzi w Słońcu. Chcemy jej na Ziemi! Wtedy wszystkie problemy energetyczne znikną jak makiem zasiał, pies pogrzebany, baba z wozu, zającom lżej. Przysłowia mieszają mi się z radości, że być może wszyscy zostaniemy uratowani i nie będziemy musieli produkować napędu warp {([klik]}) , aby zamieszkać na innej planecie ;)

3. A tak, to możliwe... ;) ITER!

Jednym z najjaśniejszych źródeł nadziei na Zimną Fuzję na Ziemi to reaktor ITER w południowo-wschodniej Francji. Mówi się, że zacznie on produkować energię z fuzji już około 2040 roku.

Działanie ITER opiera si ę na tzw. 'tokamaku' - komorze próżniowej w kształcie torusa. Czyli pączka. Oponki, z dziurą w środku. Faworka już nie ;) Nie idźmy tym tropem, bo robię się głodny ;)

Jego konstrukcja osiągnęła już połowę drogi. Ma rozmiar około 20 metrów. Wyobraźcie sobie, ile czasu można by jeść takiego pączka! (jak tak dalej pójdzie, idę do sklepu. Albo zacznę produkować Tokamączki - 20 metrowe pączki ;))

Nadal istnieje wiele problemów inżynieryjnych związanych z ITER i jego w pełni wydajnym działaniem. Kłopotem jest m.in. to, jak zbudować ściany reaktora, które wytrzymałyby temperaturę obecną w tokamaku - 150 milionów stopni Celsjusza. To 10 razy goręcej, niż w środku Słońca.

Nadal nie rozwiązano także kwestii wytworzenia nadprzewodnikowych materiałów (czyli takich, które przewodzą prąd bez oporu elektrycznego; ciężka sprawa, mówię Wam. Ostatnio próbowałem stworzyć nadprzewodnik w piwnicy i wróciłem do domu z nową fryzurą ;) to żart, oczywiście ;)), które mogłyby wytworzyć potężne pole magnetyczne, potrzebne do utrzymania reakcji fuzji w jednym miejscu.

ITER to przedsięwzięcie międzynarodowe o budżecie > 14 miliardów dolców... Ale nie jest on jedynym projektem, który ma sprowadzić Słoneczko na Ziemię.

4. Inne Ziemskie Gwiazdki.

Jest parę innych reaktorów Zimnej Fuzji na planecie Ziemia, trochę mniejszych niż ITER, ale równie interesujących. Na przykład: Lockheed Martin (to firma od samolotów) w USA (ci dzielni, wszystkowiedzący i wszystkoumiejący amerykańscy naukowcy... ;)), General Fusion w Kanadzie (chyba nie ma nic wspólnego z wojskiem i generałami) i Tokamak Energy w Wielkiej Brytanii (żeby Brytole mieli na czym smażyć frytki i rybę ;)).

Facet od Tokamak Energy w UK - David Kingham - rzecze 'Naszym celem jest stworzenie sieci energetycznej opartej na fuzji do roku 2030'. Odważnie rzecze.

Oddział Skunk Works (skunksy...) z Lockheed Martin mówi z kolei (oczywiście - cały oddział mówi, jednym chórem ;)), że pracują nad reaktorem fuzyjnym, który używa cylindrycznych pól magnetycznych, aby uzyskać reakcję fuzyjną - zamiast pączkowatego reaktora fuzyjnego, tego w ITER.

Również, planuje się zastąpienie zwykłych reaktorów jądrowych w okrętach wojennych i łodziach podwodnych (w żółtych też, jak najbardziej) - oraz, uwaga, w ciężarówkach - żeby mogły dowozić energię tam, gdzie jest potrzebna. Taki kramik z energią na kółkach ;) 100 megawatowy reaktor, który mieści się na tyłach ciężarówki (na pewno tam, gdzie przeważnie śpi kierowca ;)), może dostarczyć energii wystarczającej dla 100,000 ludzi. Całe moje miasto miałoby prąd z jednego tira :)

Inne projekty z Zimną Fuzją na czele, jak Wendelstein 7-X w Niemczech, używają alternatywy dla tokamaków - tzw. stellaratory (gwiazdaki? ;))Na razie, podobnie jak ITER, niemiecki reaktor jest wspierany przez międzynarodowe konsorcjum i jest w fazie eksperymentalnej.

5. I tyle o naszych agregatach.

Nie wiadomo jeszcze, który z projektów wychyli się na czoło i osiągnie sukces, cel - produkcję taniej energii elektrycznej dla całych rzesz zgłodniałych prądu ludzi. Jeśliby zadziałał, rozwiązałby problemy energetyczne całej planety, przy okazji będąc przyjaznym środowisku.

Miejmy nadzieję, że pozostałe zmiany i wyzwania dla inżynierów są już tylko kwestią czasu - wszystko na to wskazuje.

I czy nie lepiej pompować dolce w rozwój takich technologii, zamiast w zbrojenia? Wielu śmieje się, że pieniądze na naukę przeznaczane z budżetu to jak krew w piach, idą na marne. Jednakże czym jest nowy model śmigłowca wobec rozwiązania problemu energii na całym świecie, na całe lata?
Ale chłopcy, jak to chłopcy. Wolą kupić pistolet i bawić się w żołnierzy, niż przyczyniać się do rozwoju cywilizacji ludzkiej. 'Fizyka dla Laika czyli Nauka dla Tłuka' apeluje, aby chłopcy pozostali ze swoimi pistoletami na podwórku ;) Inwestujmy raczej w kujonów ;)

Słyszałem kiedyś ciekawe zdanie: 'Dzień, w którym naukowcy staną się popularni tak samo, jak celebryci, będzie dniem zwycięstwa rodzaju ludzkiego'.

Trafiony, zatopiony. Pif-paf! ;)

Aha, zapraszam na Patronite! To nie takie trudne założyć tam konto i wesprzeć klikanie w klawiaturę! :)

patronite/DiesPhys

Oraz na Facebook fanpage; więcej nas, jest ciaśniej ale weselej! ^_^

fanpage/DiesPhys