Konstrukcja w kształcie litery D, długa na 21 metrów i ważąca tyle, co trzysta pikapów, przeszła w Hefei komplet testów. Jej zadanie brzmi absurdalnie: utrzymać w powietrzu chmurę gazu o temperaturze ponad stu milionów stopni, tak żeby nie dotknęła niczego, co można stopić. Chińczycy chcą, żeby zbudowany wokół niej reaktor wyprodukował pierwszy prąd około 2030 roku.
O zakończeniu testów poinformował 27 czerwca Instytut Fizyki Plazmy Chińskiej Akademii Nauk z Hefei w prowincji Anhui. Odbiór przeszły dwa elementy naraz: wielki magnes pola toroidalnego oraz wysokotemperaturowa nadprzewodząca cewka solenoidu centralnego.
Skala, której trudno nie zauważyć
Magnes ma kształt litery D i wymiary 21 metrów długości, 12 metrów szerokości i 3,3 metra wysokości. Waży 582 tony, co czyni go największym nadprzewodzącym magnesem zbudowanym kiedykolwiek na potrzeby fuzji.
Porównanie z konkurencją wypada jednoznacznie. W stosunku do odpowiednika z międzynarodowego reaktora ITER, budowanego na południu Francji, chińska konstrukcja ma 1,3 razy większą objętość i trzykrotnie większą pojemność energetyczną. Wytwarza pole o indukcji 6,5 tesli, a jej trwałość zaprojektowano na sześćdziesiąt lat pracy w ekstremalnych warunkach.
Jeden magnes to jednak dopiero początek. Do zbudowania pełnego pierścienia potrzeba szesnastu identycznych egzemplarzy.
Dlaczego w ogóle potrzeba takiego kolosa
Wnętrze prawdziwego Słońca ma około 15 milionów stopni Celsjusza. Reaktor na Ziemi musi rozgrzać wodór do ponad 100 milionów, czyli kilkukrotnie mocniej niż gwiazda. Powód jest prozaiczny: Słońcu w ściskaniu paliwa pomaga jego własna grawitacja, a na Ziemi takiej siły nie ma i trzeba ją nadrobić temperaturą.
Żaden materiał nie przetrwa kontaktu z czymś takim. Jedynym rozwiązaniem jest zawieszenie plazmy w polu magnetycznym, w środku komory, bez dotykania ścianek. Tym właśnie zajmuje się magnes pola toroidalnego, jak wyjaśniał Wu Yu z Instytutu Fizyki Plazmy. Siła pola przekłada się bezpośrednio na temperaturę i gęstość, jakie plazma będzie mogła osiągnąć.
Druga przetestowana część, nadprzewodząca cewka solenoidu centralnego o natężeniu 60 kiloamperów, odpowiada za wzbudzenie i stabilizację prądu płynącego w plazmie.
Sto juanów zamiast czterystu
Najciekawszy element całego ogłoszenia nie dotyczy jednak rozmiarów, tylko rachunków. Zespół pracujący nad solenoidem dostał sześć lat temu zadanie sprzeczne wewnętrznie: podnieść parametry i jednocześnie obniżyć koszty.
Pokonano ponad dziesięć barier technologicznych, ale liczba, która robi największe wrażenie, jest jedna. Cenę wysokotemperaturowej taśmy nadprzewodzącej udało się zbić z 400 juanów za metr do 100 juanów, czyli czterokrotnie. Przy konstrukcji zużywającej kilometry takiego materiału to różnica między projektem badawczym a czymś, co można kiedykolwiek postawić komercyjnie.
Chińczycy podkreślają też, że wszystkie kluczowe technologie są dziś w pełni krajowe, od drutu po stal.
Trzy kroki i konkretne daty
Magnesy powstały w ramach CRAFT, czyli kompleksu badawczego przeznaczonego do sprawdzania podzespołów, zanim trafią do prawdziwego reaktora. Obok, również w Hefei, od 2023 roku trwa budowa właściwej maszyny.
Chińska mapa drogowa ma trzy etapy. Pierwszy to tokamak BEST, którego ukończenie zaplanowano na koniec 2027 roku, z pierwszą plazmą deuterową jeszcze w tym samym roku. Drugi to demonstracja wytwarzania energii elektrycznej z fuzji około 2030 roku. Trzeci to CFETR, reaktor, który ma zostać pierwszą na świecie demonstracyjną elektrownią termojądrową.
Warto czytać te daty dokładnie. Rok 2030 nie oznacza elektrowni zasilającej miasta, tylko dowód, że z fuzji da się wyprodukować prąd.
Jak to działa i czego się w tym nie mówi
Klasyczna elektrownia atomowa rozbija ciężkie jądra na lżejsze. Fuzja robi coś odwrotnego: bierze dwa izotopy wodoru, deuter i tryt, i pod wpływem temperatury oraz ciśnienia scala je w hel, uwalniając energię.
W przeliczeniu na kilogram paliwa fuzja daje mniej więcej czterokrotnie więcej energii niż rozszczepienie. W przeliczeniu na pojedynczą reakcję jest odwrotnie, bo rozbicie jądra uranu uwalnia około 200 megaelektronowoltów, a synteza deuteru z trytem około 17,6.
Deuter faktycznie można pozyskiwać z wody morskiej i jest go praktycznie nieograniczona ilość. Z trytem sprawa wygląda zupełnie inaczej. W przyrodzie występuje śladowo, na całym świecie dysponujemy kilkunastoma kilogramami, a każdy reaktor komercyjny musiałby produkować go samodzielnie, z litu, w płaszczu otaczającym komorę. Nikt jeszcze nie pokazał, że da się to robić w skali przemysłowej. To dziś jedno z głównych wąskich gardeł całej technologii.
Podobnie ostrożnie należy podchodzić do kwestii odpadów. Fuzja nie wytwarza wysokoaktywnych odpadów o okresie rozpadu liczonym w dziesiątkach tysięcy lat i nie grozi jej reakcja łańcuchowa ani stopienie rdzenia. Strumień neutronów aktywuje jednak konstrukcję reaktora, więc odpady powstają, tylko rozpadają się w skali dziesięcioleci, a nie tysiącleci. Sam tryt też jest promieniotwórczy.
Bezsporne pozostaje jedno: w trakcie pracy reaktor nie emituje żadnych gazów cieplarnianych.
Zegary chodzą w różnym tempie
Najmocniej wymowę chińskiego ogłoszenia widać w zestawieniu z kalendarzem konkurencji. ITER, projekt siedmiu partnerów międzynarodowych budowany we Francji, według zaktualizowanego harmonogramu rozpocznie badania dopiero w 2034 roku, a paliwo deuterowo-trytowe spali w 2039.
Chiny mówią o pierwszej plazmie w 2027 i prądzie w okolicach 2030. Chińscy naukowcy sami zastrzegają, że przetestowane magnesy to element układanki, a nie gotowy reaktor.
Ale w tym samym tygodniu lata 2026 roku Zachód kończył montaż magnesu do maszyny, która ruszy w latach trzydziestych, a Chiny testowały największy magnes fuzyjny w historii do urządzenia, które chcą uruchomić przed końcem tej dekady.
