Laureat Nobla ma zbudować laserowy szybkostrzelny reaktor do fuzji jądrowych do roku 2030

Odznaczony Nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki, Shuji Nakamura, to człowiek, który całkowicie niedawno pojawił na scenie światowej energetyki, pragnąc generować moc przy użyciu fuzji jądrowej.

Nakamura, który jest profesorem na Uniwersytecie Kalifornia, w Santa Barbara, założył firmę Blue Laser Fusion w listopadzie 2022r. i stawia sobie za zadanie zbudować fuzyjny reaktor jądrowy do roku 2030 – podało „Nikkei Asia".

Technologia fuzji jądrowej dąży do odtworzenia procesu, który ma miejsce na Słońcu, w celu wygenerowania ogromnych pokładów energii w kontrolowany sposób. W przeciwieństwie do procesu rozszczepiania jąder atomowych, fuzja nie produkuje odpadków radioaktywnych, co czyni z niej obiecujące źródło energii nie tylko dla Ziemi, ale także dla misji kosmicznych.

By wszcząć zapłon podczas fuzji, badacze muszą podgrzać paliwo do ponad miliona stopni Celsjusza. To wyczyn, który osiągnęli stosując różne metody. Jednakże, prawdziwe wyzwanie tkwi w podtrzymaniu zachodzącej reakcji oraz w wyprodukowaniu większej ilości energii, niż jest pochłaniana podczas procesu fuzji.

Dwie metody na podtrzymanie reakcji fuzji nuklearnej

Naukowcy jądrowi stosują dwa główne podejścia, próbując podtrzymać reakcję fuzji. Jedno zakłada zastosowanie magnetycznej izolacji paliwa na określonej przestrzeni, podczas której paliwo to jest przytrzymywane w plazmatycznym stanie skupienia przez potężne magnesy, tak by cały czas formowało kształt torusa lub, inaczej, pączka z otworem na środku. To podejście doprowadziło do opracowania reaktorów typu tokamak i doczekało się zaangażowania różnych firm oraz inwestycji kapitału podwyższonego ryzyka (inwestycji typu venture capital).

Dążenia naukowców jądrowych do osiągnięcia zakładanego celu misji, jakim jest podtrzymanie reakcji fuzji, sprowadzają się do dwóch podstawowych metod. W pierwszej chodzi o magnetyczną izolację, podczas której paliwo w stanie plazmy przytrzymywane jest w kształcie torusa lub pączka z dziurką przez silne magnesy. Te metoda przyczyniła się do powstania reaktorów tokamak oraz zdobyła znaczące zainteresowanie i doczekała się pieniężnych inwestycji ze strony firm, także inwestycji typu venture capital.

W drugiej metodzie używa się laserów i szybko seryjnie wystrzeliwuje się ich wiązki. Jednakże, wadą tego podejścia jest to, że spory sprzęt nie jest w stanie wypuszczać ich w sposób ciągły, a z drugiej strony, mały sprzęt nie może generować wystarczająco dużych nakładów pracy, by doszło do zapłonu paliwa. Blue Laser Fusion sądzi, że właśnie na tym etapie jest w stanie zaproponować coś, co zrobi wielką różnicę.

Fuzja nuklearna zasilana laserami

Nakamura, któremu przyznano Nagrodę Nobla za pionierskie prace nad opracowaniem diod LED emitujących światło niebieskie, wierzy, że jego firma może wykorzystać swą ekspertyzę na temat półprzewodników i wydeptać bezpieczną ścieżkę ku osiągnięciu fuzji nuklearnej, przekształcając cały dotychczasowy projekt w przedsięwzięcie o charakterze komercyjnym, które realnie jest w stanie się udać.

Precyzyjne detale na temat używanej metody pozostają nieujawnione, jako że technologie Blue Laser Fusion mają status patentu.

Jednakże, Nakamura jest pewien realności skonstruowania szybkostrzelnych laserów i przewiduje wprowadzenie jednogigawatowego reaktora albo w Japonii, albo w Stanach Zjednoczonych przed końcem dekady. Nim firma osiągnie ten kamień milowy, zamierza jeszcze zbudować małej skali eksperymentalną elektrownię w Japonii przed końcem następnego roku – jak poinformowało „Nikkei".

Podczas kilku miesięcy, które upłynęły od momentu jej powołania, firma Blue Laser Fusion złożyła więcej niż tuzin wniosków patentowych w Stanach Zjednoczonych i innych krajach. Przygląda się ona również temu, w jaki sposób to bor mógłby być wykorzystany jako paliwo do reaktorów fuzyjnych, a nie deuter. Jak oświadcza firma, gdy do spalania używa się boru, nie powstają przy tym szkodliwe neutrony, co czyni jego wybór korzystniejszym.

Blue Laser Fusion łączy również siły z innymi japońskimi firmami, takimi jak Toshiba Energy Systems & Solutions, czyli twórcą turbin do elektrowni jądrowych, a także mieszczącą się w Tokio YUKI Holdings, firmą oferującą usługi związane z obróbką metali.

W grudniu 2022r. amerykańskie laboratorium Lawrence Livermore National Laboratory pomyślnie wykazało użycie laserów w celu wygenerowania większej ilości energii z procesu fuzji. Jednak osiągnięcie to było chwilowe; żeby natomiast firma Blue Laser Fusion była rentowna, będzie musiała wykazywać zdolność do podtrzymywania reakcji przez dłuższe okresy.