Energetyka termojądrowa - nadzieja przyszłości

Rozwój energetyki jest nieodłącznym elementem rozwoju ludzkości. Na początku człowiek czerpał energię w wyniku spalania drewna i innych elementów łatwopalnych, które podarowała mu przyroda.
Epokowym wydarzeniem było wykorzystanie w XIX na skale przemysłową wieku maszyny parowej, co otwarło drogę do pozyskiwania surowców kopalnych głownie węgla. Dalszy rozwój techniki pozwalał na korzystanie z ropy naftowej i gazu ziemnego. Te rodzaje surowców są eksploatowane do dnia dzisiejszego i są głównym źródłem energii przetwarzanej na jej inne formy.
Udany eksperyment rozszczepienia jądra uranu 235 w roku 1941 otworzył nową drogę do pozyskiwania energii jądrowej. Obecnie to źródło energii zaspakaja na świecie ok. 17% potrzeb energii elektrycznej.
Energetyka jądrowa rozwija się jednak powoli ze względu na opory społeczne wynikające z obaw przed skażeniem promieniotwórczym będącym skutkiem ewentualnej awarii reaktora, a także nierozwiązanym do końca problemem bezpiecznego składowania odpadów promieniotwórczych. Bardzo istotnym czynnikiem hamującym rozwój energetyki jądrowej była awaria w Czarnobylu w 1986 roku.
Zakładając, że rozwój tego źródła energii będzie się rozwijał, to jednak trzeba nieć świadomość, że zarówno węgiel, ropa, gaz i uran należą do wyczerpalnych i nieodnawialnych zasobów przyrody i kiedyś ich braknie, tym bardziej, że zapotrzebowanie na nie mają także inne gałęzie gospodarki.
W tej sytuacji człowiek poszukuje tzw. odnawialnych źródeł energii jak : energia słoneczna, biomasa, energia wiatru, energia geotermalna, energia spadku wód, energia pływów morskich i inne.
Źródła te jednak nie sprostają rosnącemu zapotrzebowaniu na energię. Jest to powodem, że coraz większą nadzieję człowiek wiąże z energią termojądrową powstającą w wyniku fuzji lekkich pierwiastków zachodzącej na skutek ruchów termicznych w bardzo wysokiej temperaturze.
Możliwość uzyskania energii w reakcji termojądrowej została przewidziana w roku 1929 przez Atkinsa i Houtemansa.
Reakcja syntezy może przebiegać pomiędzy izotopami wodoru – deuteru, trytu oraz helu np.:
D2 + D2 → He3 + n + 5,2. 10 -13J

D 2+ T3 → He4 + n + 28,2 .10-13 J

D2 + He3 → He4 + p + 29,4 .10-13 J

Badania nad pozyskiwaniem energii w wyniku kontrolowanej syntezy jądrowej prowadzone są niemal od 55 lat, ale niestety pierwsze praktyczne zastosowanie energii termojądrowej miało miejsce w bombie wodorowej.
Celem aktualnie prowadzonych badań jest nadal wyzwolenie energii w wyniku kontrolowanej energii termojądrowej.
Zrealizowanie tego założenia zapewniłoby uzyskanie olbrzymich ilości energii, co uzmysławia nam fakt, że naparstek ciężkiego wodoru jest pod względem energetycznym równoważny 20 t węgla.
Problem związany z reakcją termojądrową polega także na tym, że musi ona przebiegać w bardzo wysokiej temperaturze. Dla mieszaniny deuteru i trytu wynosi ona 40 mln K, a dla czystego deuteru aż 350mln K.
Kolejny problem to odizolowanie przegrzanej plazmy od ścianek reaktora.
Kontrolowaną syntezę termojądrową uzyskano dzięki procesowi opartemu na zasadzie magnetycznego utrzymania plazmy. W roku 1991 osiągnięto fuzję deuteru i trytu w urządzeniu zwanym JET (Joit European Torus) i później w reaktorze TOKAMAT (Toroid Kamiera Magnit Katuszka).
Ale wszystkie te reakcje przebiegały przy ujemnym bilansie mocy tzn., że ilość energii niezbędnej do przeprowadzenia reakcji termojądrowej jest większa od uzyskanej w procesie syntezy termojądrowej.
Nadzieję na praktyczne wykorzystanie energii termojądrowej w znaczeniu przemysłowym, kiedy bilans energetyczny będzie dodatni, a przynajmniej „wyjdzie na zero” ma wnieść projekt INTER (International Thermonuclear Experimental Reaktor). W oparciu o ten projekt ma być zbudowany reaktor w Cadarache we Francji w wyniku międzynarodowej współpracy.
Program ten ma też rozwiązać problem odbioru energii wytworzonej w reaktorze. Budowa INTER-u rozpocznie się w bieżącym roku.
Równolegle w Uniwersytecie w Osace prowadzi się obiecujące badania nad implozją laserową z dodatkowym mechanizmem podgrzewania deuteru do temp.100 mln stopni, co powinno „zapalić” sprężony deuter.
Wyniki badań pozwalają dawać nadzieję na praktyczne wykorzystanie energii termojądrowej w skali przemysłowej.
Jakkolwiek badania nad wykorzystaniem energii termojądrowej są w ostatnich latach bardzo intensywnie prowadzone, to jednak wg optymistycznych prognoz na wyniki należy poczekać jeszcze ok. 10 lat.
Jeśli wszystko się powiedzie będzie można mówić o nowej epoce w energetyce na świecie.