Proboj je došao u neverovatno malom vremenu, manjem nego što je potrebno snopu svetlosti da se pomeri za inč. U tom malom trenutku, nuklearna fuzija kao izvor energije prešla je iz dalekog sna u stvarnost. Svet se sada bori sa implikacijama istorijske prekretnice. Za Artura Paka i bezbroj drugih naučnika koji su decenijama došli do ove tačke, posao tek počinje.
Pak i njegove kolege u Nacionalnoj laboratoriji Lorens Livermor sada su suočeni sa zastrašujućim zadatkom: Uradite to ponovo, ali bolje – i veće.
To znači usavršiti upotrebu najvećeg lasera na svetu, smeštenog u laboratoriji National Ignition Faciliti, koju će ljubitelji naučne fantastike prepoznati iz filma „Zvezdane staze: U tamu“, kada je korišćen kao set za varp jezgro zvezdanog broda Enterprise. Nešto posle 01:00 5. decembra, laser je ispalio 192 zraka u tri pažljivo modulisana impulsa na cilindar koji je sadržao sićušnu dijamantsku kapsulu napunjenu vodonikom, u pokušaju da izazove prvu reakciju fuzije koja je proizvela više energije nego što je bilo potrebno za stvaranje. Uspelo je, započevši put ka onome za šta se naučnici nadaju da će jednog dana biti novi izvor energije bez ugljenika koji će omogućiti ljudima da iskoriste isti izvor energije koji osvetljava zvezde.
Pak, koji se pridružio laboratoriji Lorensa Livermora izvan San Franciska 2010. godine, probudio se u 3 sata ujutru tog dana, ne mogavši da odoli da proveri početne rezultate iz svog doma u San Hozeu. Pokušao je da ostane budan tokom samog snimka, da bi konačno odustao dok su se mukotrpne pripreme eksperimenta vukle do kasno u noć. „Kada biste ostali budni za svaki hitac, svaki put 10 godina, poludeli biste“, rekao je.
Poslednjih nekoliko meseci bilo je jasno da se njegov tim približava, i u mraku pred zoru, on je proverio da li je ključan broj koji bi mogao da pokaže da li su uspeli – broj neutrona koje je eksplozija proizvela.
„Kada sam video taj broj, bio sam oduševljen“, rekao je.
„Možete da radite celu svoju karijeru i nikada ne vidite ovaj trenutak. Radite to jer verujete u destinaciju i volite izazov“, rekao je Pak, vođa za dijagnostiku u eksperimentu. „Kada se ljudi udruže i rade zajedno, možemo da radimo neverovatne stvari.“
Tim iz Lorensa Livermora – istraživačke laboratorije koju finansira vlada – verovatno će izvršiti svoj sledeći test u februaru, sa još nekoliko eksperimenata koji će uslediti u mesecima nakon toga. Cilj će biti da se i dalje povećava količina energije koja se proizvodi u reakciji. To znači više petljanja: Koristite više laserske energije. Fino podesite lasersku eksploziju. Generišite više rendgenskih zraka unutar mete – ključnog koraka u procesu – koristeći istu količinu energije. Možda, eventualno, nadograditi sam objekat, što je odluka koja bi zahtevala otkup od strane Odeljenja za energetiku i ogromna sredstva.
Sve to će trajati godinama, ako ne i decenijama, počevši od eksperimenta veličine zalogaja u laboratoriji Lorensa Livermora koji traju samo nanosekunde.
„Moramo da shvatimo: možemo li ga učiniti jednostavnijim? Možemo li ovaj proces učiniti lakšim i ponovljivijim? Možemo li početi da ga radimo više od jednom dnevno?“ rekla je Kim Budil, direktorka laboratorije Lorens Livermor. „Svako od njih je neverovatan naučni i inženjerski izazov za nas.
Većina stručnjaka predviđa da je svet još najmanje 20 do 30 godina udaljen od toga da tehnologija fuzije postane održiva u razmerama koje su dovoljno velike i pristupačne za proizvodnju komercijalne energije. Ta vremenska linija stavlja fuziju van okvira njenog značajnog korišćenja za postizanje svetskih ciljeva za neto nultu emisiju do 2050. U tom smislu, fuzija bi mogla biti izvor energije bez ugljenika u budućnosti, ali ne i trenutne globalne energetske tranzicije sa kojom se suočava neprekidne prepreke.
Fuzija je decenijama zaokupljala naučnu maštu. Već se koristi da modernom nuklearnom oružju da svoju razornu moć, ali san ga kroti za potrebe civilne energije. Ako se može dovesti do razmera, to bi dovelo do elektrana koje danonoćno snabdevaju električnom energijom u izobilju, a da pri tom ne emituju gasove staklene bašte. I za razliku od današnje nuklearne energije, izazvane procesom zvanim fisija, ne bi stvorila dugovečni radioaktivni otpad. Čitave generacije naučnika su se bavile time. Glavni naučni savetnik predsednika Džoa Bajdena, Arati Prabhakar, proveo je leto radeći na laboratorijskom programu laserske fuzije kao 19-godišnji student u zvonastom donjem delu – 1978.
„Ovo je tako sjajan primer šta se može postići istrajnošću“, rekla je ona na konferenciji za novinare prošle nedelje. „Ovako radite zaista velike, teške stvari.“
Spajanje atoma
Uspešan laserski snimak proizveo je fuzione reakcije koje su generisale 3,15 megadžula snage, što je više od 2,05 megadžula koje daje laser. Bio je to veliki prag, prvi put je više energije izašlo iz lasera nego što je ušlo. Ali jednačina treba da se nagne mnogo više u pravcu toga koliko će biti komercijalno održivo.
Dok današnje nuklearne elektrane koriste fisiju, razdvajajući atome, fuzija spaja atome zajedno. Istraživači fuzije su pratili dva glavna puta. Lorens Livermor, koristeći proces koji se zove inercijalno zatvaranje, eksplodira mete laserskim zrakama, implodirajući malu količinu vodonika dok se ne stopi u helijum. Komercijalno postrojenje koje koristi ovaj pristup moralo bi da ponavlja proces iznova i iznova, izuzetno brzo, da bi proizvelo dovoljno energije za napajanje električne mreže.
Brojne kompanije razvijaju inercione sisteme za zatvaranje, iako postoje značajne razlike. Neki gledaju različite materijale za metu, dok drugi koriste akceleratore čestica umesto lasera, pokrećući reakciju fuzije udaranjem atoma zajedno.
Glavna konkurentska ideja se zove magnetno zatvaranje, sa sistemima koji stvaraju oblak plazme, pregrejanu na stotine miliona stepeni, što može da izazove reakciju fuzije. Snažni magneti kontrolišu plazmu i održavaju reakciju. Ovaj pristup još nije postigao neto-energetski dobitak, a pristup se suočava sa izazovima uključujući razvoj boljih magneta i stvaranje materijala koji mogu da izdrže previsoke temperature i da se koriste za kontejner da sadrži plazmu.
Oko 5 milijardi dolara finansiranja je do danas otišlo u kompanije za fuziju, pri čemu je velika većina bila usmerena na tehnologije magnetnog zatvaranja, prema trgovačkoj grupi Fusion Industri Association.
Inercijalno zatvaranje bi moglo biti bolje za dokazivanje da fuzija može da funkcioniše, rekao je Adam Stajn, direktor inovacija u nuklearnoj energiji u The Breakthrough Institute, istraživačkoj grupi iz Ouklanda u Kaliforniji. Ali na duži rok, kada je u pitanju komercijalizacija, „veća je verovatnoća da će magnetno zatvaranje plazme uspeti“, rekao je on.
‘budi optimista’
Godine su potrošene na usavršavanje svakog dela procesa u laboratoriji Lorens Livermor.
Mnogo uspeha se svodilo na preciznost. Sve kapsule za gorivo sadrže sitne nesavršenosti koje mogu napraviti značajnu razliku u tome kako se reakcija odvija. Kao i zamrznuti vodonik unutra, mešavina izotopa deuterijuma i tricijuma. Tim bi često proizvodio vodonični led, topio ga i pokušavao ponovo nekoliko puta pre pucanja, nadajući se da će dobiti najbolju moguću metu i povećati šanse za uspeh.
Svako ko radi na fuziji „mora biti optimista“, rekla je Deniz Hinkel, fizičarka koja se fokusira na poboljšanje prediktivnih sposobnosti kompjuterskih simulacija programa i koja je radila u Loverence Livermoreu 30 godina. „Inače ne biste ostali na terenu.
Do ovog leta, džinovski laser će moći da isporuči oko 8% više energije nego tokom ovomesečnog snimanja, kaže Žan-Mišel Di Nikola, glavni inženjer za laser Nacionalnog postrojenja za paljenje. Majkl Štaderman, menadžer programa za proizvodnju mete, rekao je da laboratorija takođe razvija kompjuterski program koji može da ispita greške na omotaču kapsule goriva mnogo brže nego što to mogu ljudi. Takođe rade sa proizvođačem kapsula na poboljšanju procesa proizvodnje.
Moguće je da će proboj Lorensa Livermora ostati samo trenutak naučne istorije, a ne označiti početak nove industrije fuzije koja pokreće svet. Premošćivanje jaza od eksperimenta do komercijalizacije moglo bi potrajati decenijama, ako se to uopšte desi. A magnetno zatvaranje bi na kraju moglo biti metoda fuzije koja pobeđuje, pružajući svetu obilje čiste energije. Pak, tihi čovek sa smeđom kosom i brze duhovitosti, rekao je da ga taj ishod neće razočarati.
„Oni mogu da uče od nas — mi možemo da učimo od njih“, rekla je 40-godišnja Pak. „Kada budem star, biću zaista zadovoljan svojim doprinosima.“
