Bez tytułu
Marzenia o energii z fuzji jądrowej, oszustwo i kłopotliwy kaczor. Wytwarzanie energii słonecznej w butelce będzie zawsze za 20 lat.
Przez ****Charles Seife| Opublikowano w czwartek, 3 stycznia 2013, o godz. 5:00 ET
Artykuł w języku francuskim, w formacie Pdf
Kriostat stanowi szczelną wakuową obudowę otaczającą komorę próżniową ITER oraz magnesy nadprzewodzące, działając w zasadzie jak ogromny chłodnic. Zostanie wykonany ze stali nierdzewnej o grubości od 50 mm do 250 mm. Struktura ma pojemność 8500 m³. Jej wymiary to 29,4 metra średnicy i 29 metrów wysokości. Waga przekroczy 3800 ton, co czyni ją największą staliową butelką próżniową kiedykolwiek zbudowaną.
Zaledwie kilka tygodni temu grupa badaczy z fuzji wykorzystała koreańskie pieniądze, by rozpocząć projekt maszyny, której nikt prawdziwie nie uważa za możliwą do zbudowania i która prawdopodobnie nie zadziała, nawet gdyby została zbudowana. To czyni tę maszynę nieco bardziej absurdalną niż francuska, która może zostać zbudowana lub nie, a nawet jeśli kiedyś zostanie zakończona, nie będzie służyć temu, do czego została pierwotnie zaprojektowana. Jeśli domyśliłeś się, że historia energii z fuzji może być nieco dziwna – masz rację.
Z jednej strony historia energii z fuzji jądrowej jest pełna szaleńców, oszustów, naiwnych i idealistów marzących o rozwiązaniu problemów energetycznych planety. Jednym z najbardziej znanych był Martin Fleischmann, który zmarł w zeszłym roku. Razem z kolegą, Stanleyem Pons, Fleischmann sądził, że przekształcił wodor w hel w szklance laboratoryjnej, nie przyszło mu do głowy, że gdyby się udało, wydzieliłby tyle energii, że sam i jego towarzysze zostaliby spalone przez promieniowanie wyzwolone w reakcji. Fleischmann nie był pierwszy: Ronald Richter, niemiecki emigrant, który wpadł w pułapkę intrigi w pałacu Juan Peróna, wyprzedził go o prawie cztery dekady, a nowy oszust, Andrea Rossi, nie będzie ostatnim.
Powód jest łatwy do zrozumienia: na papierze energia z fuzji ma niemal nieograniczone możliwości. Reakcja fuzji wyzwala ogromną ilość energii, łącząc lekkie atomy, takie jak wodór, w cięższe, jak hel. (W zasadzie fuzja to odwrotność rozszczepienia: rozkładanie ciężkich atomów, takich jak uran, na lekkie). Fuzja to proces, który zasilają Słońce, i jest tak skuteczna, że na Ziemi mamy wystarczająco paliwa jądrowego, by zaspokoić wszystkie potrzeby energetyczne naszej cywilizacji – i to niemal na zawsze. Problem polega na tym, że bardzo trudno zderzyć te atomy wystarczająco mocno, by się złączyły. Należy osiągnąć ekstremalne temperatury – dziesiątki czy setki milionów stopni Celsjusza – by atomy mogły się poruszać wystarczająco szybko, by rozpocząć reakcję. Ale im bardziej ogrzewasz paliwo, tym trudniej go skupić. Plazma o temperaturze 100 milionów stopni chce eksplodować we wszystkie strony, ale aby utrzymać reakcję, musisz ją zamknąć. Jak zbudować butelkę? Butelka Słońca to grawitacja. Ponieważ Słońce jest tak masowe – ponad 300 tys. razy masy Ziemi – ma ogromne pole grawitacyjne. To pole i naprężenia zaciskają i utrzymują palne wodory, zapobiegając ich rozprzestrzenianiu się we wszystkie strony. Bez masy słońcowej, zapewniającej grawitację, musimy znaleźć inne sposoby.
Jednym z bardzo skutecznych sposobów jest wykorzystanie bomby atomowej jako butelki. 1 listopada 1952 roku Ameryka wykorzystała energię fuzji, by zniszczyć wyspę Elugelab na Pacyfiku. Urządzenie w centrum testu „Ivy Mike” było zasadniczo dużym zimnym zbiornikiem ciężkiego wodoru. Na jednym końcu znajdowała się bomba plutonowa typu Nagasaki, która, gdy wybuchła, skompresowała paliwo, ogrzała je do milionów stopni i utrzymała je zamknięte. W ułamku sekundy wyzwolono moc ognia słońca na powierzchni Ziemi. Bomba, która zniszczyła Hiroszimę, miała moc około 15 kiloton TNT. Ivy Mike miał około 10 megaton, czyli prawie 700 razy więcej. I nie ma teoretycznej górnej granicy wielkości takich urządzeń, jeśli tego chcesz. (Związek Radziecki wybuchnął monstrualną bombę o mocy 50 megaton w latach 60.)
Urządzenie działa, ale to bardzo złe rozwiązanie dla potrzeb energetycznych planety. Trudno przekształcić bombę fuzji w bezpieczny dostawcę prądu. To nie znaczy, że nie próbowaliśmy wykorzystać bomby H. Edward Teller, ojciec „Dr Folamour” z Ivy Mike, próbował przekonać świat, że bomby fuzji mogą służyć celom pokoju – kontrolować pogodę, wydobywać gaz z łupków, wykonywać porty w masowych skałach w Alasce i nawet zniszczyć Księżyc. Tak, Edward Teller chciał zniszczyć Księżyc, według jego własnych słów, „by obserwować rodzaj zakłóceń, jakie mogłyby to spowodować”.
Marzenie Tellera o nieograniczonej energii z fuzji nie zginęło razem z nim. Laboratorium Narodowe Lawrence Livermore, dawniej jego teren zabawy, jest teraz siedzibą ogromnej maszyny kosztującej ponad 4 miliardy dolarów, projektu fuzji znanej jako National Ignition Facility (NIF). Idea polega na skompresowaniu kropki wodoru wielkości grochu za pomocą lasera tak potężnego, że wywołałby emocje nawet atomizator Księżyca. Założeniem jest wygenerowanie więcej energii z fuzji atomów wodoru niż energia, którą dostarczył laser. Naukowcy z NIF przewidywali sukces już w 2010 roku... potem, że uda się w październiku 2012... potem NIF wykazał, że przewidywania naukowców z Livermore były całkowicie fałszywe. (Przeciwieństwem jest projekt Megajoule w Francji).
To idealny wynik. Livermore od końca lat 70. przewidywało bliską sukcesywność fuzji laserowej, ale zawsze bezskutecznie. W rzeczywistości krytycy (w tym ja) długo mówili, że przedstawianie NIF jako źródła energii z fuzji to absurd. Laser został zaprojektowany do badań broni jądrowej, nie do produkcji energii. (I nawet nie zrobiłby dobrze badań broni.) Mimo to naukowcy z Livermore dalej twierdzą, że ich kosztowne badania laserowe wygenerują energię z fuzji, nawet jeśli muszą przedstawić to jako coś w stylu Rube Goldberga. (Dla tych, którzy liczą punkty: ostatni projekt również będzie katastrofą, jeśli zostanie sfinansowany.)
Livermore nie jest jedynym, który przesadza z fuzją. Już w 1955 roku, przed wynalezieniem lasera, fizycy przewidywali, że energia z fuzji będzie dostępna na żądanie już za 20 lat. W tamtym czasie jedyną możliwą metodą zamknięcia chmury wodoru o temperaturze kilkuset milionów stopni, bez wywołania bomby atomowej, była duża magnetyczna bateria. W tamtym czasie liczni naukowcy z całego świata próbowali stworzyć maszyny, które za pomocą silnych pól elektromagnetycznych zamkną i ogrzeją palne chmury wodoru. Nie udało się, nawet po dziesiątkach lat nieudanych prób – magnetyczne butelki były po prostu zbyt nieszczelne. Mimo to energia z fuzji była zawsze „przy ręku”.
Fuzja magnetyczna nie była tylko amerykańska – była również radziecka, niemiecka, japońska, brytyjska; wszyscy, którzy liczyli się w badaniach, mieli program fuzji magnetycznej, który miał zasilać sieć w następnych dekadach. To było do czasu szczytu amerykańsko-radzieckiego w Genewie w 1985 roku, kiedy Reagan i Gorbaczow postanowili, że nasze kraje będą razem szukać energii z fuzji. W kilka lat później wszyscy, którzy liczyli się w tej dziedzinie, weszli w gigantyczny, wielomiliardowy projekt budowy ogromnej magnetycznej butelki fuzji znanej jako ITER.
Potrzebny był prawdziwie międzynarodowy wysiłek, by stworzyć coś tak skomplikowanego jak ITER. Jednak jeśli jedyną źródłem informacji byłaby własna historia projektu ITER, nie miałbyś pojęcia, jak bardzo projekt był wstrząsany w tajemnicy. Nie ma żadnego wspomnienia o homeryckich bitwach o przekroczenie budżetu w latach 80. i na początku lat 90. Nie ma wskazówki, jak naukowcy pracujący nad krajowymi projektami fuzji – których budżety zostały pożarte przez ITER – pracowali w tajemnicy, by zniszczyć projekt międzynarodowy. (I im się udało: w 1998 roku USA wycofały się z projektu, co odrzuciło całą inicjatywę do punktu wyjścia.) Nie ma żadnego wskazania na drastyczne zmniejszenie rozmiarów ITER (stał się ITER-Lite). Nie ma również uznania faktu, że nowa, tańsza maszyna nie będzie w stanie osiągnąć pierwotnego celu ITER – „zapłonu i trwałego spalania”, czyli reakcji fuzji, którą można by utrzymać w nieskończoność.
Po wycofaniu się USA, pozostali partnerzy zjednoczyli się i skupili na minimalnej, ekonomicznej wersji projektu. USA wróciły, a ekipy budowlane zaczęły nawet wykonywać fundamenty w Francji na terenie reaktora. Ale mimo tych obiecujących postępów, odrodzony projekt to katastrofa, ciągnięty w dół przez te same siły, które zniszczyły pierwotny projekt ITER. Minimalny budżet (początkowo około 5 miliardów dolarów, gdy USA dołączyły do projektu) wyrosł w proporcjach Falstaffa (ostatnia szacunkowa wartość to 20 miliardów dolarów), a co roku data ukończenia jest coraz bardziej przesuwana. (Szybkie spojrzenie na Internet Wayback Machine pokazuje daty w przepływie.)
Obecny przebieg odrodzenia ITER jest niezwykle znajomy dla wszystkich, którzy oglądali pierwotny projekt spalany w płomieniach. Najpierw rosnące koszty i przesunięcie harmonogramu, potem nieuchronnie USA zaczynają mieć trudności z poniesieniem swojej części budżetu. W 2008 roku amerykańscy urzędnicy zaczęli mówić Kongresowi, że z powodu skąpych budżetów prawdopodobnie nie będą w stanie ponieść swojej części kosztów projektu ITER. W próbę zamknięcia budżetu Departament Energii znacznie skrócił nasz program fuzji narodowej, ale po prostu nie ma wystarczająco dużo pieniędzy dla wszystkich. (Jak Dianne Feinstein zapytała sekretarza energii Stevena Chua w marcu: „A jeśli będziemy nadal finansować [ITER], skąd weźmiemy 300 milionów dolarów [na naszą przewidywaną roczną wkład do ITER]?” Odpowiedź sekretarza Chua: „Senatore, to bardzo ważne pytanie, które sami sobie zadaliśmy.”) Naturalnie, amerykańscy eksperci z fuzji, których budżety zostały zniszczone, zaczynają panikować.
W tym kontekście ogłoszenie ostatnio przez Princeton Plasma Physics Laboratory, że współpracuje z Koreą Południową nad projektem reaktora fuzji – który ma taką samą szansę istnienia jak śnieg w piecu – pokazuje chaos, który panuje w społeczności fuzji. Naukowcy z PPPL obiecują prototypową elektrownię fuzji o mocy miliarda watów na lata 2030 (czyli za 20 lat!), bez pomocy danych z projektu ITER. Skoro uzasadnieniem projektu ITER jest wspomaganie projektowania demonstracyjnej elektrowni fuzji, wniosek wydaje się taki, że 20-miliardowy projekt jest niemal bezużyteczny. (Bez żadnego odczucia dysonansu, nawet strona ITER sugeruje, że naukowcy skończą projektowanie prototypowej elektrowni w 2017 roku – dwa lata przed podłączeniem ITER – i w tym samym momencie podkreśla, jak kluczowy jest ITER w przyszłości elektrowni fuzji.)
W świetle tej historii łatwo zrozumieć, dlaczego fanatyczni zwolennicy niekonwencjonalnych podejść do uzyskiwania energii z fuzji – czy to miękkie marzenia o fuzji chłodnej, czy systemy wymyślone przez startupy, które mają więcej pieniędzy niż rozumu – są coraz bardziej atrakcyjne. Tradycyjni naukowcy, którzy śledzili ten sen, zostawili nam tylko garść niewywiązanych obietnic i mnóstwo rozczarowań. I jeśli chcemy im wierzyć teraz, po sześciu dekadach pracy, czysta i niemal nieograniczona energia z fuzji nadal będzie „za 20 lat”. W tym tempie nigdy się nie zmieni.
Obrazy