Прометејска фузија из Београда

Да је којим случајем жив, Прометеј би се данас, свакако, дрзнуо да научницима украде пламен фузије. (Надајмо се да га за то не би сурово казнили као старогрчки врховни бог Зевс).

Потрага за вечном енергијом натерала је најблиставије учене умове да покушају да на Земљи упале Сунце. Најверније ће га дочарати, како се претпоставља, у највећем фузионом постројењу до сада (Интернационални термонуклеарни експериментални реактор, ИТЕР), у Кадарашу на југу Француске, који су досетљиви новинари надахнуто прозвали „звезда у лабораторији”.

Ни српски физичари, међутим, нису седели скрштених руку, настојећи да једно од средишта фузионих истраживања устоличе у Београду. Колико су у томе одмакли?

Суочено са енергетском несташицом, човечанство се с разлогом (барем с теоријске тачке гледишта) узда у неизцрпни извор термонуклеарне фузије. Сједињењем језгара два лака водоникова изотопа (разликују се само по броју неутрона у језгру) у веома захтевним условима, деутеријума изобилно заступљеног у води и трицијума којег нема у природи, настаје густо јонизовани гас или плазма (састоји се од огољених језгара и електрона). У утроби звезда, а и нашег Сунца, под дејством изузетно јаке гравитације испуњена су оба – и снажан притисак и висока температура – а исход је образовање тежих језгара (хемијских елемената) и ослобађање огромне енергије.

Када се та огромна енергија (топлота) претвори у електричну струју, имате на располагању такорећи неограничено напајање (прерачунавши то у киловате или године).

Шта би ваљало урадити?

Фузиони ђеврек

У јаком магнетном пољу потребно је плазму одржати, најмање, 15 минута на температури од сто милиона Целзијусових степени, што није нимало једноставно и лако остварљиво. Али је могуће постићи у нарочитој скаламерији у облику ђеврека (торуса), обмотаном проводником кроз који протиче струја и хлађеним течним хелијумом до 269 степени испод нуле – названом токамак (тороидално магнетно поље). Први (Т1) изграђен је у Институту „Курчатов” (Москва) још у совјетско доба, далеке 1957. године. (Нажалост, прва неконтролисана фузија на нашој планети постигнута је 1952. у експлозији хидрогенске бомбе).

Спајање лаких у тешка (хемијска) језгра на звездама збива се, дакле, у околностима које се стручно зову – гравитационо одржавање (конфинирање). Два су приступа у игри: први, стварањем краткоживуће, а веома густе плазме (ласерски пут); други, образовање мање густе плазме, али која дуже траје (магнетно одржавање). Историјски посматрано, температура је прескакала следеће летвице – десет милиона степени (1969. СССР), сто милиона (1997. Велика Британија) и 520 милиона (Јапан).

Испоставило се да је за одржавање толико врелог јонизованог гаса неопходно веома јако магнетно поље – од пет до десет тесла (јединица која носи име нашег Николе Тесле), а то је достижно једино у навојима начињеним од суперпроводних материјала (први такав токамак отворен је 2006. у Кини).

У међувремену се увидело да је циљ, по свему судећи, достижан једино у замашном постројењу, за чију градњу се мора утрошити поприлично новца, што ниједна земља није била вољна да сама преузме на себе. Зато се неколико моћних (ЕУ, Русија, Индија, Кина, Јапан, САД и Јужна Кореја) удружило да сагради међународни токамак (12,4 метра у пречнику, снаге 500 мегавата, са запеимином плазме од 840 кубних метара) до 2018. године. Преостало је неколико непознаница, а главна је – одржати врелу плазму (високе енергије) 15 минута (до сада је најдуже потрајало 65 секунди у Јапану).

Одлучено је да се судар плазме са зидом токамака, најпре, опонаша у плазма акцелараторима, а једини који су у стању да испуне захтев имају испред имена додатак – квазистационарни.

И Србија у врху

На овој станици у „фузиони воз” који полази с југа Француске укрцава се Србија с готово полувековним истраживачким искуством (електрична гасна пражњења, плазма и спектроскопија). Још осамдесетих година под вођством проф. др Јагоша Пурића израђен је плазма фокус, а крајем деведесетих почиње осмишљавање убрзавача плазме (акцелартора). До сада их је, у сарадњи са белоруским истраживачима, нечињено неколико врста, а пред завршетком је двостепени квазистационарни убрзавач плазме. У овим направама плазма се убрзава, чак, до 1.000 километара у секунди, уз велику густину и температуру до неколико стотина хиљада степени.

Имајући у виду да је време одржања до неколико милисекунди, показатељи испуњавају захтеве какви се очекују у Кадарашу. Плазма оваквих особина јавља се, иначе, у ерупцијама на Сунцу. Овакви уређаји налазе се у само четири лабораторије у свету – у Моксви (Троицк), Харкову, Минску и, наравно, Београду.

Наша земља би довршењем двостепеног квазистационарног плазма убрзавача постала једно од међународних средишта физике високоенергетских млазева. Први корак је учешће сарадника Лабораторије за фузиону плазму Физичког факултета и Центра за науку и технолошки развој, од 22. до 26. јуна, на Међународној летњој школи о ИТЕР-у у Кадарашу. На пут се спрема група студената: Ана Костић, Сања Здолшек, Никола Стевановић, Иван Шупић и Никола Божовић под руководством доцента др Ивана Дојчиновића.

Очекујемо да нас, после укључења две наше истраживачке дружине (из Нуклеарног инститита „Винча” и Института за физику у Земуну) у истраживања у ЦЕРН-у, још једна група из Србије представља у једном од највећих научних (и физичарских) подухвата у историји у ИТЕР-у.