Różne techniki fuzji jądrowej czekają na przełom w postaci radykalnie nowych pomysłów lub lepszych koncepcji

Pierwotnie opublikowane w "Physics of Plasma", Towarzystwo Maxa Plancka krótko i zwięźle podsumowało obecny status różnych systemów fuzji jądrowej. Z pewnością najbardziej interesujący w tym kontekście jest tak zwany potrójny produkt, który reprezentuje gęstość dostępnych jąder atomowych, ich temperaturę i czas trwania stabilnego stanu jako wielokrotność tych wartości.

Jeśli wynik jest wystarczająco wysoki, próg dodatniego bilansu energetycznego zostaje przekroczony przez daną technologię. Oznacza to, że więcej energii wychodzi niż zostało włożone. Dokładnie to osiągnięto po raz pierwszy dzięki fuzji laserowej w 2021 roku. Amerykański ośrodek badawczy "National Ignition Facility" wystrzelił światło lasera w metalowe kule.

Wyzwalane w ten sposób promieniowanie rentgenowskie podgrzewa wodór wewnątrz do wymaganej temperatury. Jednocześnie ciśnienie w zamkniętym układzie znacznie wzrasta, co przyspiesza fuzję jądrową. Ostatecznie energia cieplna przekracza wymaganą energię lasera.

W kolejnym kroku kula może być również wystrzeliwana bezpośrednio, aż do implozji, ale bez dodatkowego promieniowania rentgenowskiego. Jednak nie działa to jeszcze zbyt niezawodnie. I niestety za każdym razem trzeba wkładać nową kulę. Ciągła praca, która byłaby niezbędna dla elektrowni, nie może być realizowana za pomocą tej metody.

Bilans energetyczny spotyka się z rzeczywistością

Teoretycznie jednak tokamak - gigantyczny elektromagnes z krążącą wewnątrz plazmą, która jest podgrzewana do temperatury za pomocą promieniowania zewnętrznego i ogrzewania wewnętrznego - jest zdolny właśnie do takiej ciągłej pracy. Zapotrzebowanie na energię jest jednak tak ogromne, że nawet ITER, pierwszy w pełni funkcjonalny reaktor termojądrowy, który wciąż jest w budowie, nie byłby w stanie generować energii elektrycznej - wręcz przeciwnie.

Technologia jest jednak dojrzała, badana od dziesięcioleci i nadaje się do komercyjnej elektrowni, jeśli kiedykolwiek zostanie osiągnięta nadwyżka energii. Nie oznacza to jednak, że inna koncepcja nie może wyprzedzić wypróbowanych i przetestowanych pomysłów. Istnieją na przykład plany wytworzenia dodatkowego ciśnienia w tokamaku. Pozwoliłoby to znacznie obniżyć wymaganą temperaturę, co oznacza, że zasada ta jest przynajmniej w zasięgu wzroku. Potrójny produkt odpowiada tokamakowi JT-60U w Naka w Japonii. Oznacza to, że potrzeba dziesięć razy więcej energii niż można wyprodukować.

Inne pomysły mają na celu wykorzystanie energii uderzenia do spowodowania nagłego wzrostu ciśnienia i temperatury. "First Light Fusion", spin-off Uniwersytetu Oksfordzkiego, wystrzeliwuje kapsułę wypełnioną wodorem. Wywołane fale uderzeniowe mają generować ciśnienie niezbędne do stworzenia lepszych warunków dla fuzji jądrowej. Jednak tylko podstawowa idea jest tutaj jasna, implementacja pozostaje mglista.

W firmach TAE i Helion dwa pakiety, które zostały już przekształcone w plazmę, są wystrzeliwane w pole magnetyczne z maksymalną prędkością i zderzają się bezpośrednio ze sobą. Jednak do tej pory trzeba było włożyć w ten system tysiąc razy więcej energii niż otrzymano z powrotem.

Warunki podobne do tych panujących w jądrze Słońca: istnieje wiele pomysłów, a badania będą kontynuowane, ponieważ wciąż odległy cel jest zbyt kuszący.