Istnieją dwie reakcje jądrowe, które uwalniają duże ilości energii i mogą być potencjalnie wykorzystane do produkcji energii elektrycznej: rozszczepienie jądra atomowego i synteza jądrowa .

Rozszczepienie jądra atomowego jest powszechnie stosowane w reaktorach jądrowych w celu generowania ciepła, które wytwarza parę napędzającą turbinę do produkcji energii elektrycznej. Reakcje rozszczepienia jądra atomowego są również stosowane w celu generowania siły wybuchu bomb jądrowych lub atomowych.

Fuzja jądrowa znajduje się obecnie w fazie eksperymentalnej i trwa już ponad 70 lat.

Proces rozszczepienia obejmuje podział ciężkiego atomu na dwa lekkie atomy. Fuzja jądrowa jest odwrotnością. Fuzja obejmuje połączenie dwóch lekkich atomów w celu utworzenia większego atomu.

„Sztuczne słońce” to mega urządzenie do fuzji jądrowej, które generuje energię poprzez proces fuzji podobny do tego zachodzącego na Słońcu. Wykorzystuje jądra atomowe do generowania dużych ilości energii w postaci elektryczności poprzez łączenie atomów wodoru w celu wytworzenia helu.

Reaktory fuzji jądrowej nazywane są „sztucznymi słońcami”, ponieważ generują energię w podobny sposób jak Słońce. Słońce ma o wiele większe ciśnienie niż reaktory na Ziemi, więc naukowcy rekompensują to, stosując temperatury, które są wielokrotnie wyższe niż na Słońcu.

Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termojądrowy („ITER”) we Francji to największy na świecie projekt „sztucznego słońca”, będący efektem współpracy 35 krajów na całym świecie, w tym Chin, które odpowiadają za opracowanie i produkcję całego systemu podtrzymującego magnesy.

System podtrzymywania magnesów ważący ponad 1600 ton jest kluczowym elementem bezpieczeństwa konstrukcyjnego ITER, a jego dostarczenie zakończyło etap opracowywania i produkcji systemu podtrzymywania magnesów w ramach projektu ITER.

ITER ma wytwarzać 500 megawatów energii fuzyjnej z 50 megawatów mocy grzewczej przez co najmniej 400 sekund w sposób ciągły, zapewniając „bezemisyjne” źródło energii. Będzie to eksperymentalne narzędzie zaprojektowane do tworzenia trwałej fuzji na potrzeby badań, ale może utorować drogę elektrowniom fuzyjnym. Według Live Science zostanie uruchomiony najwcześniej w 2039 roku .

W kwietniu 2023 r. Chińska Akademia Nauk poinformowała, że ​​jedno z chińskich „sztucznych słońc”, nazwane Eksperymentalnym Zaawansowanym Nadprzewodzącym Tokamakiem („EAST”), osiągnęło ustaloną pracę w warunkach wysokiego stężenia plazmy przez 403 sekundy, co stanowi ważną eksperymentalną podstawę do działania ITER.

Teraz doniesiono, że naukowcy z EAST pobili dotychczasowe rekordy, utrzymując napęd fuzyjny włączony przez 1066 sekund, czyli prawie 18 minut, 20 stycznia 2025 r.

Zespół EAST, kierowany przez naukowców z Instytutu Fizyki Plazmy („ASIPP”) i Instytutu Nauk Fizycznych Hefei („HFIPS”), dokonał przełomu dzięki udoskonaleniu swojego systemu grzewczego, który obecnie może osiągnąć moc równą mocy 140 000 kuchenek mikrofalowych włączanych jednocześnie.

Zdaniem fizyka jądrowego Song Yuntao z ASIPP w Chińskiej Akademii Nauk, osiągnięcie stabilnej pracy z wysoką wydajnością przez tysiące sekund jest kluczowe dla powodzenia urządzeń fuzyjnych i ciągłej produkcji energii w przyszłych elektrowniach fuzyjnych.

EAST jest jednym z kilku reaktorów fuzji jądrowej, które są rozwijane w celu produkcji praktycznie nieograniczonych ilości „czystej” energii, symulując sposób, w jaki Słońce wytwarza energię, zderzając ze sobą atomy wodoru z niewiarygodną prędkością i pod intensywnym ciśnieniem. Wykorzystuje plazmę o wysokim stopniu uwięzienia (zaprojektowaną tak, aby plazma paliła się nieprzerwanie przez dłuższy czas), lepszy sposób uwięzienia gazu i pól magnetycznych w celu stworzenia warunków do fuzji jądrowej, i od czasu pierwszego uruchomienia w 2006 r. poczynił stałe postępy w zwiększaniu temperatury i stabilności plazmy.

W reaktorach z ograniczeniem magnetycznym nigdy nie udało się osiągnąć zapłonu, czyli momentu, w którym fuzja jądrowa wytwarza własną energię i podtrzymuje własną reakcję, ale twierdzi się, że nowy rekord jest krokiem naprzód.

W 2022 roku w reaktorze fuzyjnym amerykańskiego Narodowego Ośrodka Zapłonowego (National Ignition Facility) na krótko osiągnięto zapłon w rdzeniu za pomocą innej metody eksperymentalnej niż EAST, polegającej na szybkich impulsach energii, jednak reaktor jako całość nadal zużywał więcej energii, niż zużywał.

Naukowcy pracują nad fuzją jądrową od ponad 70 lat i chociaż do w pełni funkcjonalnego reaktora fuzyjnego, który można podłączyć do sieci energetycznych, wciąż jeszcze daleka droga, osiągnięcie EAST postrzegane jest jako krok naprzód w rozwoju technologii. Stanowi ono również dowód na to, że fuzja jądrowa może pewnego dnia stać się opłacalnym źródłem energii.

Zdjęcie główne: Eksperymentalny zaawansowany nadprzewodzący tokamak (EAST) w Hefei, w prowincji Anhui we wschodnich Chinach, 15 stycznia 2025 r. Źródło: Xinhua Net