Czy fuzja jądrowa zasili świat w ciągu 8-15 lat?

Czy fuzja jądrowa zasili świat w ciągu 8-15 lat?

Bardzo duży optymizm!

https://www.bbc.com/news/articles/cqlz5p314z0o

https://evworld.com/article.php?id=394&slug=fossil-fuel-fusion-or-realistic-energy-resilience-americas-crossroads

https://www.eenews.net/articles/startup-begins-work-on-major-us-fusion-power-plant-yes-fusion/

https://www.helionenergy.com/

https://phys.org/news/2025-01-chinese-artificial-sun-fusion-power.html#:~:text=The%20Experimental%20Advanced%20Superconducting%20Tokamak%20(EAST)%2C%20commonly%20known%20as,for%20an%20impressive%201%2C066%20seconds

https://www.cnbc.com/amp/2025/08/20/trump-says-us-will-not-approve-solar-or-wind-power-projects.html

https://www.world-nuclear-news.org/articles/tva-entra1-energy-team-up-for-smr-deployment

Amerykański sekretarz ds. energii Chris Wright twierdzi, że fuzja jądrowa wkrótce zasili świat.

Nie martwcie się zbytnio emisjami powodującymi ocieplenie planety, powiedział BBC amerykański sekretarz ds. energii, ponieważ w ciągu pięciu lat sztuczna inteligencja umożliwi wykorzystanie fuzji jądrowej – energii, która zasila słońce i gwiazdy.

"Dzięki sztucznej inteligencji i temu, co dzieje się w krajowych laboratoriach i prywatnych firmach w Stanach Zjednoczonych, będziemy mieli podejście do tego, jak wykorzystać energię termojądrową na wiele sposobów w ciągu najbliższych pięciu lat" – powiedział Wright.

"Technologia, wiesz, znajdzie się w sieci elektrycznej, wiesz, w ciągu 8 do 15 lat".

Naukowcy uważają, że fuzja jądrowa, którą Wright badał na uniwersytecie, może pewnego dnia wytworzyć ogromne ilości energii bez podgrzewania naszej atmosfery.

Jest to jednak bardzo złożony proces. Odtworzenie go na Ziemi polega na podgrzaniu atomów do temperatur wielokrotnie wyższych niż temperatura Słońca.

Przyznał, że zmiany klimatyczne są "bardzo realnym, fizycznym zjawiskiem" i powiedział, że wierzy, że świat się zdekarbonizuje: "To tylko za pokolenia, a nie za dwie lub trzy dekady".

Amerykański sekretarz ds. energii Chris Wright zasugerował, że fuzja jądrowa może stać się komercyjnie opłacalnym źródłem energii w ciągu pięciu lat. Jednocześnie ubolewał nad skupieniem się Wielkiej Brytanii na odnawialnych źródłach energii, sugerując, że Stany Zjednoczone powinny pozostać na kursie z istniejącą infrastrukturą paliw kopalnych, czekając na "cuda fuzji". Chociaż optymizm co do fuzji jądrowej jest godny podziwu, nie jest to wiarygodne rozwiązanie krótkoterminowych wyzwań energetycznych Ameryki.

Problem polega na tym, że fuzja jądrowa jest wciąż w fazie eksperymentalnej. Zysk energii netto został osiągnięty tylko na krótko w warunkach laboratoryjnych, a wyzwania inżynieryjne – materiały, które mogą wytrzymać ekstremalne ciepło, strumień neutronów i trwałą plazmę – pozostają zniechęcające. Nawet jeśli te przeszkody zostaną pokonane, koszt komercyjnej energii termojądrowej będzie prawdopodobnie na początku bardzo wysoki.

Jest dużo znaków zapytania...

Jak można kiedykolwiek okiełznać coś gorętszego niż Słońce i wydobyć z tego energię, w skali, bez stopienia wszystkiego?

Fuzja jądrowa polega na wytworzeniu plazmy – przegrzanego, zjonizowanego gazu – gorętszego niż jądro Słońca (około 100-200 milionów stopni Celsjusza w porównaniu do 15 milionów stopni Słońca) w celu fuzji jąder atomowych i uwolnienia energii. Jest to konieczne na Ziemi, ponieważ nie jesteśmy w stanie odtworzyć ogromnego ciśnienia grawitacyjnego w jądrze Słońca, więc wyższe temperatury kompensują to, aby osiągnąć wystarczające tempo fuzji.

Kluczowym wyzwaniem jest powstrzymanie tego ekstremalnego ciepła bez dotykania i topnienia ścian reaktora przez plazmę. Oto, jak rozwiązano ten problem w praktyce, koncentrując się na wiodących podejściach do skalowalnej produkcji energii.

Metody ograniczania rozprzestrzeniania się w celu uniknięcia stopienia...

Reaktory termojądrowe nie pozwalają gorącej plazmie na bezpośredni kontakt z materiałami w sposób, który spowodowałby powszechne topnienie. Zamiast tego używają wyrafinowanych technik izolacj.

Uwięzienie magnetyczne (np. tokamaki i gwiazdoratory): Jest to najczęściej stosowana metoda produkcji energii w stanie ustalonym, podobnie jak w projektach takich jak ITER i prywatnych przedsięwzięciach firm takich jak Commonwealth Fusion Systems. Magnesy nadprzewodzące generują silne pola magnetyczne, które zawieszają i kształtują plazmę w komorze próżniowej, utrzymując ją w powietrzu bez dotykania ścian. Niska gęstość plazmy (znacznie cieńsza od powietrza) oznacza, że jej całkowita energia cieplna jest możliwa do opanowania, nawet w ekstremalnych temperaturach – pomyśl o niej jak o gorącym, ale rzadkim obłoku gazu, który jest trzymany w ryzach przez niewidzialne siły. Wszelki drobny kontakt jest łagodzony przez:

Przełączniki: Komponenty, które radzą sobie z plazmą spalinową i ciepłem, często wykonane z materiałów żaroodpornych, takich jak wolfram, które mogą wytrzymać do ~ 3,000 °C przed stopieniem.

Aktywne chłodzenie: Ciekłe płyny chłodzące (np. hel lub woda) krążą w ścianach reaktora w celu rozproszenia ciepła.

Plasma Edge Control: Techniki takie jak wstrzykiwanie zanieczyszczeń lub kształtowanie pól w celu zmniejszenia turbulencji krawędzi i zapobieżenia "zakłóceniom" (nagłym zapadnięciom plazmy, które mogą uszkodzić ściany).

Uwięzienie inercyjne (np. systemy oparte na laserze, takie jak NIF): Stosowane w obiektach takich jak U.S. National Ignition Facility, impulsuje lasery o dużej mocy, aby ścisnąć maleńką granulkę paliwa (deuter-tryt) w ciągu mikrosekund, zapalając fuzję, zanim ciepło zdąży się rozprzestrzenić i stopić otoczenie. Przypomina to bardziej kontrolowane mikroeksplozje niż długotrwałe spalanie, ale skalowanie go w celu uzyskania ciągłej mocy pozostaje wyzwaniem i mniej dojrzałym do zastosowań na skalę sieciową.

Nawet przy użyciu tych metod część energii ucieka w postaci neutronów lub promieniowania, które bombardują "koc" reaktora (otaczającą go warstwę) https://www.iter.org/machine/blanket.

Powłoka ta absorbuje neutrony, wytwarza więcej paliwa (trytu) i przenosi ciepło bez bezpośredniego kontaktu z plazmą.

Postępy w dziedzinie materiałoznawstwa, takie jak stopy nanostrukturalne i kompozyty ceramiczne, dodatkowo zwiększają odporność na uszkodzenia neutronów i erozję.

Są pomysły przy pozyskiwaniu tej energii...

Gdy dochodzi do fuzji, ekstrakcja energii odzwierciedla reaktory rozszczepienia, ale z unikalnymi wynikami fuzji:

1. Wymiana ciepła: Neutrony z fuzji deuteru i trytu (najłatwiejsza reakcja) przenoszą energię kinetyczną, podgrzewając koc i chłodziwo w celu wytworzenia pary.

2. Wytwarzanie energii: Turbiny napędzające parę połączone z generatorami, wytwarzające energię elektryczną - podobnie jak elektrownie węglowe lub jądrowe, ale bez gazów cieplarnianych i długotrwałych odpadów.

3. Wydajność i skalowanie: Obecne demonstracje (np. chiński tokamak EAST utrzymujący plazmę przez ponad 1000 sekund) pokazują postęp w kierunku "płonącej plazmy", w której reakcje samonagrzewają system. W przypadku elektrowni na skalę sieciową (gigawaty) reaktory takie jak DEMO (post-ITER) mają na celu uzyskanie energii netto w latach 2030-2040, przy czym prywatne firmy celują we wcześniejsze demonstracje. Wyzwania obejmują podtrzymywanie reakcji, zarządzanie podażą trytu i redukcję kosztów, ale żadna podstawowa bariera fizyczna nie stoi na przeszkodzie.

Chociaż w zasadzie jest to wykonalne, skalowanie nie jest trywialne – przeszkodą jest niestabilność plazmy, zmęczenie materiału przez neutrony i wysokie koszty.

Fuzja jądrowa nie jest wiarygodnym rozwiązaniem krótkoterminowych potrzeb energetycznych USA, potencjalnie faworyzując "realistyczną odporność" dzięki odnawialnym źródłom energii lub wydajności w porównaniu z długotrwałymi technologiami, takimi jak fuzja jądrowa (którą niektórzy krytycy nazywają "fuzją paliw kopalnych" ze względu na szum medialny lub pośrednie zależności od paliw kopalnych w rozwoju).

Jednak potencjał fuzji jądrowej w zakresie nieograniczonej, czystej mocy obciążenia podstawowego sprawia, że warto ją rozwijać wraz z energią słoneczną, wiatrową i akumulatorami w celu uzyskania zróżnicowanej sieci. Postęp w latach 2020. (np. zysk netto w NIF w 2022 r., przedłużone serie tokamaków) sugeruje, że przechodzi od science fiction do rzeczywistości inżynieryjnej, bez konieczności "topienia wszystkiego" dzięki bezkontaktowemu zamknięciu.

Izraelski naukowiec z School of Electrical Engineering na Wydziale Inżynierii Fleischman na Uniwersytecie w Tel Awiwie biorący udział w amerykańskich programach badawczych twierdzi, że chociaż w zasadzie jest to wykonalne, skalowanie nie jest trywialne, a przeszkodą jest niestabilność plazmy, zmęczenie materiału przez neutrony i wysokie koszty.

Największym problemem jest "Gaz plazmowy jest bardzo "płynny": powinien być utrzymywany w miejscu przez silne pole magnetyczne, ale jest tak płynny, że wślizguje się między pętle magnetyczne i rozprasza się. Naukowcy jeszcze nie wymyślili, jak zatrzymać plazmę. Nawet najmocniejsze pętle magnetyczne nie są w stanie zapobiec jego wyślizgnięciu się."

Innym problemem jest degradacja wyposażenia wewnętrznego przez neutrony. Nie ma sposobu, aby wchłonąć neutrony bez zakłócania pola magnetycznego. Tak więc drogi sprzęt zużywa się stopniowo.

W końcu, wszystkie te ogromnie energochłonne urządzenia ciągle tylko oddają ciepło aby zagotować wodę. Ta część wytwarzania energii nie jest bardziej zaawansowana niż silnik parowy Jamesa Watta z lat siedemdziesiątych XVIII wieku.

To nie jest jak wehikuł czasu Doca Browna w "Powrocie do przyszłości". Nigdy nie zadali sobie trudu, aby wyjaśnić, w jaki sposób pluton lub Mr. Fusion generuje 1,21 gigawata dla wehikułu czasu. Dzieje się tak, ponieważ nie ma możliwości bezpośredniego generowania prądu elektrycznego za pomocą fuzji.

Jedynym teoretycznym sposobem jest przeprowadzenie aneutronicowej fuzji cięższych pierwiastków, takich jak bor, który oprócz ciepła uwalnia promieniowanie rentgenowskie. Promienie rentgenowskie mogą być przekształcane w prąd elektryczny. Ale jeśli fuzja tokamaka jest mierzona w milionach stopni, to fuzja aneutronicowa jest mierzona w miliardach stopni, co jest sporym krokiem naprzód w stosunku do miejsca, w którym nawet teraz nie jesteśmy.

No cóż. Może za 20 lat...

Jest duża konkurencja ze stony Chińczyków mają oni już 8 prototypów badawczych.

A największym problemem bieżącym światowej energetyki są nowoczesne duże transformatory.

Fuzja to wielka niewiadoma.

Za to w Kalifornii mają nową ciekawa technologię. Firma z siedzibą w Kalifornii dokonała pierwszego w swoim rodzaju przełomu, który obniża o połowę koszty reaktorów termojądrowych. Osiągnięcie TAE Technologies zasadniczo zwiększa wydajność, praktyczność i gotowość do pracy z reaktorem opatentowanej przez firmę technologii fuzji jądrowej. Badanie eksperymentalne wykazało, że maszyna wykorzystuje wyłącznie wstrzykiwanie wiązki neutralnej (NBI) do wytwarzania gorącej, stabilnej plazmy FRC ma 100 razy większa moc syntezy jądrowej: amerykańska firma obniża także koszty reaktora o 50% dzięki nowej maszynie.

https://interestingengineering.com/energy/us-firm-reduces-fusion-reactor-cost

...