Zimna fuzja. Źródło nieskończonej energii

Jesteśmy niewolnikami energii. Trudno dzisiaj wyobrazić sobie życie bez niej. Niestety, nasza planeta ma ograniczone zasoby nieodnawialnych źródeł, a ich ilość stale maleje. Naukowcy biją na alarm – przed rokiem 2500 nie będzie ani ropy naftowej, ani gazu ziemnego, ani węgla kamiennego. Jak wtedy sobie poradzimy? Przecież cywilizacja ludzka będzie wtedy jeszcze istnieć. Naszą jedyną nadzieją na przetrwanie są odnawialne źródła energii albo… ujarzmienie potęgi drzemiącej w atomach, podstawowych cegiełkach Wszechświata.

Obliczenia naukowców są nieubłagane – węgla kamiennego wystarczy nam na kolejne 300 lat, gazu ziemnego na 60 lat, a ropa naftowa skończy się nam nie później, niż za 40 lat. To przecież wydarzy się jeszcze za naszego życia! Trwają gorączkowe poszukiwania alternatywnych źródeł energii i próby ujarzmienia sił przyrody, wciąż jednak ich efektywności nie można porównywać z klasycznymi źródłami nieodnawialnymi. Największe nadzieje wiąże się z wykorzystaniem energii słonecznej – kiedy Słońce będzie kończyło swój żywot, życia na Ziemi już dawno nie będzie. Dlatego inżynierowie tak mocno naciskają na budowę farm słonecznych i instalację ogniw fotowoltaicznych – kiedyś to właśnie one mogą zapewnić nam prąd. Chyba, że „własne Słońce” fizykom w końcu uda się wytworzyć w laboratorium. Zimna fuzja to Święty Graal wielu naukowców i nasza przepustka do świata z nieskończonymi zasobami energii.

Ujarzmić deuter

Zimna fuzja to jedno z największych marzeń fizyków. Na czym ona polega? By odpowiedzieć na to pytanie, trzeba zastanowić się, co sprawia, że jądra atomowe łączą się ze sobą i powstają cząsteczki.

Deuter to stabilny izotop wodoru, który występuje naturalnie. Jądro deuteru składa się z jednego protonu i jednego neutronu. Ze względu na niewielką masę (2,0140 Da) i mały przekrój czynny, deuter jest dobrym moderatorem szybkich neutronów. Wykorzystuje się go również w reaktorach jądrowych do wysokoenergetycznych fuzji. Synteza jąder deuteru to reakcja silnie egzotermiczna, czyli taka, w której ciepło jest wydzielane do otoczenia. Podczas jednej reakcji syntezy emitowane jest ponad 3 MeV energii – to ponad milion razy więcej niż przy spalaniu atomu węgla! W efekcie syntezy jąder deuteru powstają cięższe jądra atomowe, takie jak lekki izotop helu (3-He) czy tryt (3-H), inny izotop wodoru. To właśnie reakcje syntezy deuteru odpowiadają za wytwarzanie energii we wnętrzu Słońca, więc z naturalnych przyczyn są nadzieją na rozwiązanie wszystkich problemów energetycznych na Ziemi.

• Zobacz również | Czy warto kupić samochód elektryczny?

Co musi się stać, by doszło do reakcji syntezy? Fuzja jąder deuteru zajdzie tylko wtedy, gdy zetkną się one ze sobą powierzchniami. A aby to było możliwe, potrzebna jest energia do pokonania odpychania kulombowskiego wynikającego z dodatniego naładowania jąder. We wnętrzu Słońca nie ma z tym problemu, bo jądra energię potrzebną do zainicjowania reakcji uzyskują dzięki wysokiej temperaturze. Na Ziemi uzyskanie takich warunków jest możliwe tylko dzięki przyspieszaniu jąder deuteru w akceleratorach (jak np. Wielki Zderzacz Hadronów) lub wytwarzając w tokamakach plazmę o parametrach zbliżonych do materii słonecznej.

W 1989 r. świat obiegły sensacyjne informacje o rzekomej fuzji jąder deuteru przy elektrolizie ciężkiej wody w temperaturze pokojowej dokonanej przez Martina Fleischmanna i Stanleya Ponsa. Bazując na opublikowanych wynikach fizyków przeprowadzono kolejną serię eksperymentów, która nie potwierdziła możliwości przeprowadzenia fuzji jąder w temperaturze pokojowej. Fleischmanna i Ponsa okrzyknięto oszustami, choć część środowiska naukowego nazwała ich wizjonerami. Równie duże wątpliwości w świecie nauki wcześniej budził chyba tylko Nikola Tesla.

Wkrótce po eksperymencie Fleischmanna i Ponsa okazało się, że źle interpretowano dane wskazywane przez licznik Geigera-Muellera. Jak amatorzy, zliczenia fotonów promieniowania naturalnego Fleischmann i Pons interpretowali jako wyniki wskazujące na wytwarzanie neutronów w wyniku fuzji. Okazało się zatem, że ich cudowne osiągnięcia nie są wynikiem wielostopniowego oszustwa, a zwykłego, ludzkiego błędu. Ale termin „zimnej fuzji” na dobre wszedł do języka, nie tylko naukowego, ale i kolokwialnego. Od eksperymentu Fleischmanna i Ponsa minęło już 25 lat, ale do dziś, nikomu nie udało się potwierdzić jego autentyczności. Mimo tego, reakcje fuzji termojądrowych, w tym i tych „zimnych” rozpalają emocje nie tylko fizyków, ale i całej ludzkości, głównie ze względu na potencjalne źródło bezpiecznego i niewyczerpanego źródła energii.

Na kolejnej stronie: Czysta energia na wyciągnięcie ręki