- Duże zużycie energii elektrycznej przez ITER – do rozpoczęcia działań fuzyjnych w laboratorium, reaktor będzie potrzebował dostarczenia energii w wysokości 500 MW, natomiast utrzymanie całej „machiny” w gotowości wymaga 120 MW.
– Niebezpieczeństwo ITER – które, według opinii przeciwników i samego Masatoshi Koshiby, ma zasadzać się na spalaniu trytu. Istnieją pewne podejrzenia, że może być to działanie na szkodę bezpieczeństwa i zanieczyszczenia środowiska.
– Wytwarzanie odpadów nuklearnych – 40.000 ton odpadów nuklearnych. Tyle według obliczeń Koshiby będzie produkowanych odpadów radioaktywnych, których żywotność będzie przekraczać nawet kilkaset lat.
– Wątpliwość korelacji syntezy jądrowej z wytwarzaniem energii elektrycznej – wątpliwości te są oparte na dotychczasowych próbach regulowania przebiegu fuzji jądrowej. Żadne z nich nie zaowocowało jak do tej pory dodatnim bilansem energetycznym.
– Niewspółmierność interesów państw – to jeden z głównych argumentów opinii społecznej. Kwestia ta dotyczy różnicy w zaangażowaniu siły roboczej naukowców i poniesionych przez nich kosztów. Na stanowisko Sekretarza Generalnego została mianowana Japonia, która ponosi 10 procent kosztów inwestycyjnych w projekt. Jednak władza nad wszystkimi projektami, hostingiem i realizacją głównych założeń będzie spoczywała w rękach „ichniejszych” specjalistów. Ponadto, jeśli program ITER zakończy się z powodzeniem, rozważana będzie kontynuacja projektu pod nazwą ITER-2 w Japonii. W 50 procentach finansowana będzie przez Unię Europejską, a więc de facto obywatele państw członkowskich.
– Koszty wycofania się z programu – sięgać będą dodatkowych 20 procent dotychczasowych udziałów.
– Wątpliwe wsparcie USA – według sprawozdania z maja 2005 roku, rząd amerykański nie do końca jest w stanie poprzeć działania przedsiębrane w centrum ITER. Projekt określony został przez nich jako „krótkowzroczny”, a udział Stanów Zjednoczonych jako „mało prawdopodobny”. Obecnie występują w nim w charakterze stronników Japonii.
– Brak konsultacji projektu z obywatelami Francji – mieszkańcy okręgu, w którym powstaje centrum skarżą się, że w żadnym momencie projekt inwestycji nie został z nimi skonsultowany. Odebrane zostało to jako pogwałcenie praw demokracji.

A co wy o tym myślicie? Czy zgadzacie się z powyższymi argumentami? A może waszym zdaniem fuzja termojądrowa i całe zamieszanie z helem-3 jest grą wartą świeczki?

Tokamak – szczegóły konstrukcyjne

Tokamak to nazwa skrótowa, powszechnie przyjęta przez naukowców z całego świata na oznaczenie sprzętu służącego do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Etymologia nazwy ma swoje źródło w języku rosyjskim i dosłownie oznacza „toroidalną komorę z cewką magnetyczną” (ros. toroidalnaja kamiera s magnitnymi katuszkami).

Główna komora urządzenia ma kształt torusa, który wypełniony jest zjonizowanym gazem (deuterem lub jego mieszaniną z trytem, w wyniku rozpadu którego powstaje atom helu-3). W pierścieniu owego gazu zmienne pole magnetyczne transformatora indukuje prąd powodujący wyładowania. W wyniku reakcji tworzy się gorąca plazma. Kontrolowana reakcja pozwoli, w opinii naukowców, wykorzystać ją jako źródło energii.

Tokamak – trochę historii

Pierwszy prototyp tego typu urządzenia na świecie skonstruował zespół sowieckich uczonych pod przewodnictwem uznanego fizyka Lwa Arczimowicza. Odbywało się to w połowie lat 60-tych ubiegłego wieku. Miejscem rozgrywających się przełomowych wówczas wydarzeń w świecie fizyki był Instytut Energii Atomowej w Moskwie. Natomiast wcześniej samą zasadę działania tokamaka opracowali Igor Jewgieniewicz Tamm (wybitny teoretyk fizyki Uniwersytetu Moskiewskiego, żyjący w latach 1895-1971) oraz Andriej Dmitriewicz Sacharow (fizyk, obdarzony mianem „ojca” radzieckiej broni termojądrowej; lata jego życia to 1921-1989). Dzięki wieloletniej współpracy wspólnie opracowali między innymi teorię kontrolowanej syntezy jądrowej, której ustalenia są z pewnością pomocne przy aktualnych badaniach nad projektem ITER. Ponadto, do ich wspólnych dokonań należy zaliczyć konstrukcję głowicy termojądrowej. Lata 70-te rozpoczęły nurt światowych badań nad zrozumieniem istoty syntezy termojądrowej. Zaowocowały one dzisiejszymi dociekaniami nad możliwością kontroli reakcji, w wyniku której otrzymywany jest izotop hel-3. Z pewnością wejdą one w obszar jednych z najintensywniej badanych problemów. Świadectwem tego jest skala i rozmach projektu ITER, o którym macie już nieco pojęcia dzięki naszym artykułom.

Wa­dy pro­jek­tu ITER

Wśród naj­więk­szych wad pro­jek­tu wy­mie­nia się kosz­ty fi­nan­so­we. Bu­do­wa re­ak­to­ra, jak i przy­go­to­wa­nie ca­ło­ści pro­gra­mu wy­ma­ga nie­ustan­nych ko­rekt bu­dże­tu, z cze­go naj­więk­szą by­ło przy­ję­cie w 2013 ro­ku Re­zo­lu­cji Par­la­men­tu Eu­ro­pej­skie­go za­pew­nia­ją­cej do­dat­ko­we środ­ki fi­nan­so­we. Unia Eu­ro­pej­ska bo­wiem ja­ko głów­na stro­na wy­ko­naw­cza pro­jek­tu zo­bo­wią­za­na jest do naj­więk­sze­go za­an­ga­żo­wa­nia fi­nan­so­wego. Bu­dżet bu­do­wy, we­dług publicz­nie do­stęp­nych in­for­ma­cji prze­kro­czył już 5,5 mi­liar­dów eu­ro. Jed­nak sza­co­wa­ny koszt ca­ło­ści obli­cza się na­wet na 20 mi­liar­dów eu­ro.

Kto sko­rzy­sta na pro­jek­cie ITER?

Pro­jekt ITER to tak­że szan­sa dla roz­wo­ju firm czy instytucji z wie­lu ga­łę­zi na­uki i prze­my­słu. Naj­więk­szy udział w roz­wo­ju pro­gra­mu bę­dą mia­ły ta­kie ty­py branż jak: bu­dow­la­na, ener­ge­tycz­na, me­ta­lo­wa, in­ży­nie­ria ma­te­ria­ło­wa, IT, au­to­ma­ty­ka. Bę­dą one od­po­wie­dzial­ne za mię­dzy in­ny­mi: mon­taż, in­sta­la­cje, lo­kal­ne za­ple­cze in­fra­struk­tu­ral­ne, za­ple­cze au­to­ma­ty­ki i dia­gno­sty­ki.

Pol­ski wkład w pro­jekt ITER

Uprzy­wi­le­jo­wa­ny­mi za­pew­ne mo­gą czuć się przede wszyst­kim na­ukow­cy, zwłasz­cza spe­cja­li­ści z dzie­dzin ści­słych: fi­zy­ki, che­mii, ma­te­ma­ty­ki. Ba­da­cze z kra­jów Eu­ro­pej­skiej Wspól­no­ty Ato­mo­wej (EURATOM) ma­ją moż­li­wość współ­pra­co­wa­nia mię­dzy so­bą a tak­że ry­wa­li­za­cji o gran­ty, sty­pen­dia, prze­tar­gi. Po­wo­ła­na zo­sta­ła spe­cjal­na ko­mi­sja w ra­mach in­sty­tu­cji Fu­sion For Ener­gy (F4E), któ­rej za­da­niem jest ko­or­dy­na­cja przed­się­wzięć ba­daw­czych nad spo­so­bem uzy­ski­wa­nia ener­gii w wy­ni­ki fu­zji z udzia­łem izo­to­pu he­lu-3.

Ja­ko god­ną po­chwa­ły cie­ka­wost­kę moż­na wy­mie­nić za­an­ga­żo­wa­nie pol­skiej fir­my SMT So­ftwa­re w ob­słu­gę in­for­ma­tycz­ną ośrod­ka, czy pra­ce pol­skich na­ukow­ców nad ka­me­rą po­mia­ro­wą naj­mniej­szych czą­stek neu­tro­nów emi­to­wa­nych z pla­zmy ITER-a. Wy­mie­nio­na tu ostat­nia ak­tyw­ność pro­wa­dzo­na jest przez ze­spół spe­cja­li­stów z In­sty­tu­tu Fi­zy­ki Pla­zmy i La­se­ro­wej Mi­kro­syn­te­zy w War­sza­wie oraz In­sty­tut Fi­zy­ki Ją­dro­wej w Kra­ko­wie.

To pierwsza księżycowa wyprawa powrotna od 1976 roku, chociaż ważniejszym detalem wydają się być rozmiary kapsuły. To największy pod względem gabarytów powrotnik, który w ostatnich latach wrócił z niskiej orbity okołoziemskiej z taką prędkością (11,2 km/s – zazwyczaj jest to wartość rzędu 8km/s) – oznacza to, że całość konstrukcji została skutecznie zabezpieczona bardzo wytrzymałą osłoną termiczną.

Cele misji Chang`e 2

Jak już wspomnieliśmy w krótkim powyższym wstępie, realizowane przez Chang`e 2 cele były kontynuacją zadań Chang`1. Stąd wśród nich znalazły się po raz kolejny:

- sfotografowanie powierzchni Księżyca,
– ocena zasobów surowcowych i oszacowanie ich rozkładu (pierwiastków, minerałów – w tym również helu-3) – weryfikacja wcześniejszych informacji, pozwalająca potwierdzić bądź ustalić je na nowo,
– ustalenie różnic środowiskowych (badanie środowiska radiacyjnego, oszacowanie grubości regolitu).

Dzięki wprowadzonym ulepszeniom Chang`2 mógł spełnić stawiane przed nim wymagania o poziom wyżej aniżeli jego poprzednik. Pozwoliło to na spięcie uzyskanych obrazów i uzyskanie dzięki temu szerszej perspektywy badawczej. Dotyczy ona między innymi złóż helu-3, jako pierwiastka, w którym pokładane są wielkie nadzieje związane z energetyką.

Chang`e 2 – specyfika instrumentarium

Dzięki jakim unowocześnieniom w sprzęcie Chang`e 2 mógł wesprzeć pierwszą fazą programu? Przede wszystkim lepszej jakości kamery, umożliwiające określenie miejsc przyszłych lądowisk i pól branych pod uwagę jako powierzchnie pod miękkie lądowania. Pozostałe instrumentarium w zasadzie pokrywało się z wyposażeniem orbitera Chang`e 1. Były to detektory wysokoenergetycznych cząstek promieniowania słonecznego, niskoenergetycznych jonów, spektrometry pozwalające na identyfikację helu-3, uranu, krzemu czy innych pierwiastków oraz radiometry i altimetr laserowy, służący do wykonania mapy topograficznej powierzchni Księżyca.

Sukcesy misji Chang`e 2

Według danych datowanych na lipiec 2013 roku orbiter oddalił się na odległość 70 milionów kilometrów od Ziemi. Jego docelowy dystans wynosi nawet do 300 milionów kilometrów, po to aby w 2029 roku powrócił w okolice ziemskiej orbity. Niewątpliwie należy zaliczyć to do największych sukcesów misji, zaraz obok ustaleń na temat helu-3 i mapy topograficznej Srebrnego Globu. Całkowity koszt misji zamykającej pierwszy etap programu wynosił około 900 milionów juanów (134 miliony dolarów).

Sonda Chang`e 1

Cele misji Chang`e 1

Cele misji można podzielić na techniczne i naukowe. Pierwsze związane są z testowaniem technologii, drugie z założeniami merytorycznymi programu. Do pierwszej, technicznej grupy można zaliczyć:
– opracowanie i uruchomienia na podstawie zebranych informacji orbitera księżycowego,
– walidacja technologii niezbędnych do prawidłowego wykonywania dalszych misji i eksploracji Księżyca,
– budowa podstawowego systemu inżynierskiego, przeznaczonego do badania Srebrnego Globu.

Z kolei w grupie celów naukowych znalazły się:
– pozyskanie trójwymiarowych obrazów powierzchni Księżyca, które umożliwiłyby jej późniejszą, bardziej szczegółową analizę,
– badanie grubości gleby,
– ocena zasobów surowcowych (minerałów oraz pierwiastków, w tym izotopu helu-3) oraz wykonanie map ilustrujących ich rozmieszczenie,
– zbadanie różnic środowiskowych między Ziemią a Księżycem (między innymi w oparciu o tzw. regolit – w terminologii specjalistycznej oznaczający warstwy zwietrzałej skały, właściwej dla skalistych ciał niebieskich).

Cenne doświadczenie kluczem do powodzenia misji

Naturalnie, kolejnym ważnym celem było zdobycie cennego doświadczenia, które umożliwiało przeprowadzenie kolejnych założeń programu i rzutowało na powodzenie całokształtu. Zdecydowanie ten warunek został spełniony, niezależnie od wszystkiego. Warto wspomnieć również o kosztach, które pozwalają zobrazować wagę takich podejmowanych przedsięwzięć. W przypadku misji Chang`e 1 wyniosły one 1,4 miliarda juanów co odpowiada równowartości 169 milionów dolarów. Jest to cena, za jaką nauka możecie zebrać cenne informacje dotyczące dalszej eksploracji znajdujących się na powierzchni Księżyca złóż helu-3, jak i pozostałych surowców oraz samego Srebrnego Globu.

Pierwszy etap – Chang`e 1 oraz Chang`e 2

Początkowy etap składał się z dwóch misji: Chang`e 1 oraz Chang`e 2. W ich ramach umieszczone zostały na orbicie Księżyca dwa orbitery – w 2007 oraz 2010 roku. Wystrzelone z kosmodromu Xichang (chińskiego ośrodka rakietowego, zarządzanego przez Chińską Korporację Nauk Powietrznych, Kosmicznych i Technologii), otrzymały szereg zadań do wykonania, które można by określić jako rozpoznawcze. Wśród nich znajdowało się: sporządzenie trójwymiarowej mapy powierzchni Księżyca oraz pomiar jej gęstości, zbadanie rozkładu i ilości pierwiastków w gruncie księżycowym (w tym również interesującego nas szczególnie helu-3) i monitoring środowiska w otoczeniu Srebrnego Globu. O szczegółach i skutkach tych obu już zakończonych działań możecie poczytać w osobnych artykułach, które niebawem ujrzą światło dzienne na łamach niniejszego blogu.

Drugi etap – Chang`e 3 oraz Chang`e 4

Drugi etap ma składać się z kolejnych dwóch faz. Pierwsza z nich to ostatnio (w 2013 roku) realizowana misja Change`3. Faza druga ma realizować założenia bliźniaczej – to misja Chang`e 4, która planowana jest na 2015 rok. W ich ramach na Księżycu wylądować miały lądowniki z łazikami, mobilnymi sondami kosmicznymi, które poprzez możliwość poruszania się po jego powierzchni miały zebrać informacje o powierzchni skał i gruntu księżycowego. Ich dopełnieniem miały być próbki, których zbiór planowany jest jako rezultat ostatniego etapu. O ostatniej misji Chang`e 3 i Jadeitowym Króliku mogliście przeczytać już na naszym blogu. Z uwagi jednak na to, że były to informacje dość szczątkowe i ograniczone do wiadomości bezpośrednio związanych z helem-3, postaram się zebrać ogólne wiadomości raz jeszcze w osobnym poście. Będzie on dedykowany istocie Misji i konstrukcji „jadeitowego” łazika.

Trzeci etap – Chang`e 5 oraz Chang`e 6

Dwie ostatnie misje, wchodzące w skład trzeciego etapu – Chang`e 5 oraz Chang`e 6 mają być realizowane w przyszłości, a dokładniej w 2017 oraz 2020 roku. Wyżej, przy okazji opisu poprzedniego etapu, wspominałem o próbkach gleby Księżyca. Ich pobranie ma być zwieńczeniem misji. Przylecą one na Ziemie za pośrednictwem powrotnej sondy kosmicznej (powrotnika). Myślę, że będą one również cenną informacją na temat złóż helu-3 na powierzchni naszego naturalnego satelity.

Laboratoryjna fuzja

U podstaw powodzenia projektu ITER leży koncepcja pozyskiwania czystej energii z kontrolowanej syntezy jądrowej deuteru i trytu zachodzącej w warunkach laboratoryjnych. której produktem jest izotop helu-3. Spełnienie założeń programu, owocujące uzyskaniem energii (notabene w charakterze skutku ubocznego), nosić będzie znamiona przełomu energetycznego. O tym, na czym polega synteza i czym się charakteryzuje samo jej zjawisko – pisaliśmy już na łamach naszego bloga. Odsyłam do takich wpisów jak: „Hel-3 i deuter – energetyczna fuzja” z dnia 1 lutego 2014 czy „Energetyczna fuzja – proces (nie)kontrolowany”, datowanego na 13 marca 2014. Przybliżą wam one trudności i problemy, z jakimi borykają się naukowcy i jakie pragną przekroczyć w powstającym laboratorium ITER.

Tokamak ITER – główny bohater projektu

Wszystko ma się dokonać w obrębie reaktora, znanego pod nazwą „tokamak”. Ma on postać komory toroidalnej, wyposażonej w cewkę magnetyczną, która odpowiedzialna jest za wytworzenie pierścienia plazmy. Wywołana fuzja ma być sztucznie podtrzymywana przez około 1000 sekund. W tym czasie osiągnie ona moc rzędu 500-1100 MW. Jeśli stworzone warunki okażą się odpowiednie i będzie możliwa ciągła repetycja przeprowadzanych eksperymentów – już w latach 2030-2040 możemy spodziewać się obecności reaktorów typu tokamaka na szerszą skalę. Oznaczałoby to, że energię dla Ziemi będziemy czerpać z fuzji izotopów i helu-3. To perspektywa zdecydowanie kusząca i inspirująca.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)

Kiedy projekt ITER ruszy na wielką skalę?

Do pierwszego zapłonu ma dojść w 2019 roku. Począwszy od tej daty reaktor ma pracować przez 20 lat. Jego aktywność ma posłużyć do zbadania możliwości produkowania energii na wielką skalę przy korzystaniu z kontrolowanej fuzji jądrowej. Kolejnym założeniem jest stworzenie Demonstracyjnej Elektrowni DEMO (DEMOnstration Power Plant) w oparciu o przetestowanie dostępnych technologii. Jeśli osiągnięte rezultaty na przestrzeni przewidywanego czasu będą z jednej strony satysfakcjonujące, a z drugiej – obiecujące – reaktor posłuży jako prototyp przyszłej generacji reaktorów fuzyjnych. Kontrolowana fuzja jądrowa z udziałem izotopu helu-3 stanie się jedynym w swoim rodzaju źródłem energii, które będzie w stanie spełnić ziemskie zapotrzebowanie bez strat surowcowych i odpadów.

Dzisiejszy stan projektu ITER

Stan prac, ku uciesze i zadowoleniu zwolenników projektu, jest aktualnie dość daleko posunięty. Zrealizowano główne etapy prac – organizacja ITER zdobyła siedzibę na terenie Francji, która wydała niezbędną zgodę na instalację obiektu jądrowego w miejscowości Cadarache. Rozpoczęta została budowa reaktora tokamaka (ros. Toroidalnaja kamiera s magnitnymi katuszkam – toroidalna komora z cewką magnetyczną), a także zainaugurowano produkcję elementów potrzebnych do konstrukcji komory próżniowej oraz magnesów. Na dalsze wiadomości jesteśmy zmuszeni czekać. Na blogu będziemy jednak umieszczać najświeższe informacje na ten temat. Będziecie mogli przeczytać także o pochwałach i zastrzeżeniach wobec projektu. A w międzyczasie zapraszam do lektury artykułów przybliżających świat chemii, pierwiastków i izotopów!