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!

Medycyna, przemysł, żywność… – gdzie ludzkość wykorzystuje izotopy?

W codziennym życiu nie zastanawiamy się, jaki udział w nim mają izotopy czy same poszczególne pierwiastki. Charakter naszego blogu raczej nie trzyma nas przy ziemi – wręcz przeciwnie Hel-3 ma swoje główne źródła na Księżycu. Zajmując się tą tematyką obracamy się głównie wokół hipotetycznego górnictwa księżycowego, wyprawach w przestrzeń kosmosu, obserwowaniem swoistej „walki” o złoża helu-3 na powierzchni Srebrnego Globu. Jak wspomnieliśmy w poprzednim poście – liczba izotopów liczonych w ogóle (wszystkich pierwiastków łącznie) wykracza solidnie ponad 2600. Poniżej umieszczam krótką listę wybranych izotopów i ich zastosowań. Zwróćcie uwagę na różnorodność dziedzin. Znajdziecie w nich medycynę, przemysł, produkcję żywności, a nawet – wytwórstwo broni masowego rażenia. Nie są to oczywiście wszystkie możliwości. Jeśli poczujecie nić zainteresowania tą tematyką zachęcam do jej zgłębiania.

Medycyna – Jod – 131I (badania tarczycy), Pluton – 239Pu (stymulatory serca), Kobalt – 60Co (bomba kobaltowa (radioterapia).

Przemysł – Ameryk – 241Am oraz Pluton – 239Pu i  238Pu (czujniki dymu w instalacjach przeciwpożarowych), Cez – 137Cs i Iryd – 192Ir (radiografia przemysłowa), Kobalt – 60Co (konstrukcja sprzętów pomiarowych), wodór – 3H (materiały radioluminescencyjne).

Żywność – Kobalt – 60Co (utrwalenie radiacyjne żywności).

Broń masowego rażenia – uran 233U lub 235U, pluton 239Pu lub 241Pu (broń jądrowa).

Problem z helem

Przede wszystkim hel-3 to cenne paliwo. W połączeniu z deuterem w procesie reakcyjnym nazywanym „fuzją” wydziela czystą energię. Jest to proces bardzo pożądany przez naukowców, gdyż w jego wyniku nie wydzielają się żadne promieniotwórcze odpady. Fuzja teoretycznie możliwa jest do przeprowadzenia w warunkach laboratoryjnych. Proces jej syntezy nie jest dla naukowców tajemnicą. Szkopuł leży jednak tym, że nigdy jeszcze nie udało się w żadnym eksperymencie pozyskać energii możliwej do „zgromadzenia” w dodatnim bilansie. Ze względu na silnie ograniczone ziemskie zasoby izotopy helu-3 nieopłacalne jest powtarzanie reakcji o niepewnych pozytywnych rezultatach, które wymagają jednak zużycia drogocennych surowców. Aktualne „zapasy” helu-3 wynoszą około dziesięciu kilogramów i cały czas się kurczą. Eksploatacja Księżyca w zakresie pozyskania właśnie tego izotopu teoretycznie byłaby więc bardzo pożądana. Ale w jakim celu? Do czego mógłby posłużyć nam hel-3, „księżycowy skarb”?

Szeroki wachlarz zastosowań helu-3

Jak już wcześniej zostało wspomniane, zarówno technika, jak i świat naukowy, korzysta z helu-3. Jego zastosowania są różnorodne – obejmują przemysł (naftowy, gazowy), medycynę, produkcję detektorów neutronów. Zwłaszcza to ostatnie przyczynia się do rozwoju całej ludzkości. Czujniki takie bowiem są w stanie wykryć neutrony znajdujące się w podejrzanych ładunkach nuklearnych i w tak zwanych brudnych bombach. Instalowane są w miejscach wymagających zwiększonego bezpieczeństwa i zwiększonej ochrony przeciwterrorystycznej – lotniskach, przejściach celnych, budynkach organów władzy. Jak widać, możliwości wykorzystania tego izotopu są interesujące, choć wymienione przez nas wyżej nie są jedynymi. Czy rozpocznie się więc eksploatacja księżycowych zasobów? Z pewnością temat ten zasługuje na zgłębienie.

Hel-3, jeden z izotopów pierwiastka helu, jest szeroko wykorzystywany w przemyśle oraz działalności naukowej. Niestety, jego ziemskie zasoby są ograniczone. Aktualnie wynoszą około dziesięciu kilogramów, co przy zapotrzebowaniu w stosunku do jego rozlicznych zastosowań, jest niezbyt imponującym zapasem. W ciągu ostatnich lat nauka poczyniła bardzo duże postępy w sferach przemysłu i eksperymentów badawczych. Hel-3 stosuje się między innymi dla osiągnięcia bardzo niskich temperatur (stąd jego pożądana obecność na przykład w ośrodku CERN, jak i w innych centrach i laboratoriach fizycznych) czy w zobrazowaniu zdjęć medycznych płuc (dla wykrycia stanów patologicznych). Oprócz wymienionych przykładów, hel-3 ma swój udział w walce z terroryzmem, która, zwłaszcza w ostatnim czasie, uległa nasileniu. Jest on wykorzystywany przy budowie czujników – aparatów wykrywających niebezpieczne neutrony w ładunkach wybuchowych. Niestety, zapasy helu-3 nie są samoodnawialne. Jak możemy uzupełnić jego braki? Są dwie możliwości pozyskiwania niniejszego izotopu.

Ziemskie źródła pozyskania helu-3

W pierwszej kolejności rozpatrzymy możliwość pozyskania helu-3 „ziemskimi” sposobami. Jeden z najbardziej klasycznych to rozpad trytu – izotopu wodoru. Aktualnie jednak proces ten zostaje zminimalizowany. Rozkwitał on w po i w czasie drugiej wojny światowej – a więc w czasie wzmożonej produkcji ładunków nuklearnych. Przy współczesnej, zredukowanej ilości tego typu operacji zredukowana została jednocześnie ilość pozyskiwanego helu-3. Do bardziej skomplikowanych sposobów należy zaliczyć pozyskanie helu-3 z atmosfery i warstw skalnych oraz z dna oceanu. Wymaga to ogromnych kosztów pieniężnych i materiałowych, na które współczesne organizacje naukowe i techniczne często nie mają środków. Otwarta pozostaje przy tym kwestia opłacalności i tego, jaką ilość helu-3 udałoby się takimi metodami uzyskać. Jedną z najpopularniejszych dróg jest recykling – pozyskanie helu-3 ze starych źródeł. Są one jednak na tyle ograniczone, że nie budzą większych nadziei na możliwość uzupełnienia braków tego izotopu w znaczącym stopniu.

Pozaziemskie źródła pozyskania helu-3

W mediach i środowisku naukowym w ostatnim czasie rozpoczęła się dyskusja na temat pozyskania helu-3 z zasobów znajdujących się na Księżycu. Nasz satelita ziemski dzięki braku atmosfery i pola magnetycznego utrzymuje w swoim gruncie ogromne złoża tego izotopu. Wydarzenia ostatnich miesięcy – lądowanie na powierzchni Księżyca japońskiego łazika – wzbudziły dyskusję na temat możliwości kosmicznego górnictwa. W jakim stopniu realna jest budowa stacji wydobywczych helu-3? Czy państwa o dość silnym zapleczu gospodarczym podejmą ekonomiczny wyścig o cenne paliwo, jakim jest właśnie hel-3? Czy takie działania w ogóle są możliwe z uwagi na neutralną pozycję księżyca jako ciała niebieskiego? Pytania wciąż się mnożą.

Dysputa nad istotą helu-3 w toku

Od tego czasu w mediach trwa burzliwa dyskusja nad złożami interesującego ludzkość pierwiastka, obecnego na naszym naturalnym satelicie. Jest nim hel-3, zbudowany z dwóch protonów i jednego neutronu. To właśnie czyni go stabilniejszym niż najpowszechniejsza jego odmiana na Ziemi, hel-4. Osadzenie helu-3 na gruncie Księżyca jest możliwe dzięki nieobecności na nim takich zjawisk jak atmosfera i pole magnetyczne. Dlaczego jednak jest on tak ważny dla ludzkości? Skąd wyścig największych światowych potęg energetycznych właśnie o złoża tego pierwiastka?

Hel-3 na Ziemi

Aktualne ziemskie złoża helu-3 nie są imponujące. Wynoszą niewiele ponad 10 kilogramów. Jego sztuczne wytworzenie możliwe jest dzięki wywołaniu reakcji fuzji, która ma miejsce przy zderzeniu się helu-3 z deuterem. Dotychczas jednak nie opracowano technologii, która umożliwiałaby przeprowadzenie w pełni kontrolowanej reakcji tego typu. Stąd tak wielkie zainteresowanie złożami tego surowca na powierzchni Księżyca i ich eksploatacją. Dzięki helowi-3 bowiem ludzkość ma szansę na zapewnienie sobie wystarczającej ilości czystej i bezpiecznej energii nawet na kolejne 10 tysięcy lat.

Naukowe i techniczne zastosowania helu-3

Hel-3 znajduje wiele zastosowań we współczesnym przemyśle i w badaniach, zarówno w obszarze nauk ścisłych, jak i medycznych. Wykorzystywany jest między innymi w eksperymentach prowadzonych przez Ośrodek CERN, wymagających bardzo niskich temperatur. Jak wspomnieliśmy wcześniej, stosowany jest w przemyśle – naftowym, gazowym. Jest niezbędny w budowie czujników neutronów (detektorów), umieszczanych w miejscach wymagających zwiększonej ochrony w celu zapewnienia bezpieczeństwa (lotniska, przejścia graniczne). W planach istnieje również możliwość produkcji energii elektrycznej przy udziale helu-3. To tylko najważniejsze możliwe zastosowania tego surowca. Czy warty jest wyścig o jego złoża? Jeśli popatrzymy na niego z punktu widzenia naukowego – jasno wynika, że może przyczynić się do rozwoju wielu dziedzin nauki i techniki. Opinie wśród uczonych są jednak różne. Niemniej, zdaje się, że wyścig o złoża helu-3 już się na naszych oczach rozpoczyna.