Prometejska fuzija iz Beograda

Da je kojim slučajem živ, Prometej bi se danas, svakako, drznuo da naučnicima ukrade plamen fuzije. (Nadajmo se da ga za to ne bi surovo kaznili kao starogrčki vrhovni bog Zevs).

Potraga za večnom energijom naterala je najblistavije učene umove da pokušaju da na Zemlji upale Sunce. Najvernije će ga dočarati, kako se pretpostavlja, u najvećem fuzionom postrojenju do sada (Internacionalni termonuklearni eksperimentalni reaktor, ITER), u Kadarašu na jugu Francuske, koji su dosetljivi novinari nadahnuto prozvali „zvezda u laboratoriji”.

Ni srpski fizičari, međutim, nisu sedeli skrštenih ruku, nastojeći da jedno od središta fuzionih istraživanja ustoliče u Beogradu. Koliko su u tome odmakli?

Suočeno sa energetskom nestašicom, čovečanstvo se s razlogom (barem s teorijske tačke gledišta) uzda u neizcrpni izvor termonuklearne fuzije. Sjedinjenjem jezgara dva laka vodonikova izotopa (razlikuju se samo po broju neutrona u jezgru) u veoma zahtevnim uslovima, deuterijuma izobilno zastupljenog u vodi i tricijuma kojeg nema u prirodi, nastaje gusto jonizovani gas ili plazma (sastoji se od ogoljenih jezgara i elektrona). U utrobi zvezda, a i našeg Sunca, pod dejstvom izuzetno jake gravitacije ispunjena su oba – i snažan pritisak i visoka temperatura – a ishod je obrazovanje težih jezgara (hemijskih elemenata) i oslobađanje ogromne energije.

Kada se ta ogromna energija (toplota) pretvori u električnu struju, imate na raspolaganju takoreći neograničeno napajanje (preračunavši to u kilovate ili godine).

Šta bi valjalo uraditi?

Fuzioni đevrek

U jakom magnetnom polju potrebno je plazmu održati, najmanje, 15 minuta na temperaturi od sto miliona Celzijusovih stepeni, što nije nimalo jednostavno i lako ostvarljivo. Ali je moguće postići u naročitoj skalameriji u obliku đevreka (torusa), obmotanom provodnikom kroz koji protiče struja i hlađenim tečnim helijumom do 269 stepeni ispod nule – nazvanom tokamak (toroidalno magnetno polje). Prvi (T1) izgrađen je u Institutu „Kurčatov” (Moskva) još u sovjetsko doba, daleke 1957. godine. (Nažalost, prva nekontrolisana fuzija na našoj planeti postignuta je 1952. u eksploziji hidrogenske bombe).

Spajanje lakih u teška (hemijska) jezgra na zvezdama zbiva se, dakle, u okolnostima koje se stručno zovu – gravitaciono održavanje (konfiniranje). Dva su pristupa u igri: prvi, stvaranjem kratkoživuće, a veoma guste plazme (laserski put); drugi, obrazovanje manje guste plazme, ali koja duže traje (magnetno održavanje). Istorijski posmatrano, temperatura je preskakala sledeće letvice – deset miliona stepeni (1969. SSSR), sto miliona (1997. Velika Britanija) i 520 miliona (Japan).

Ispostavilo se da je za održavanje toliko vrelog jonizovanog gasa neophodno veoma jako magnetno polje – od pet do deset tesla (jedinica koja nosi ime našeg Nikole Tesle), a to je dostižno jedino u navojima načinjenim od superprovodnih materijala (prvi takav tokamak otvoren je 2006. u Kini).

U međuvremenu se uvidelo da je cilj, po svemu sudeći, dostižan jedino u zamašnom postrojenju, za čiju gradnju se mora utrošiti poprilično novca, što nijedna zemlja nije bila voljna da sama preuzme na sebe. Zato se nekoliko moćnih (EU, Rusija, Indija, Kina, Japan, SAD i Južna Koreja) udružilo da sagradi međunarodni tokamak (12,4 metra u prečniku, snage 500 megavata, sa zapeiminom plazme od 840 kubnih metara) do 2018. godine. Preostalo je nekoliko nepoznanica, a glavna je – održati vrelu plazmu (visoke energije) 15 minuta (do sada je najduže potrajalo 65 sekundi u Japanu).

Odlučeno je da se sudar plazme sa zidom tokamaka, najpre, oponaša u plazma akcelaratorima, a jedini koji su u stanju da ispune zahtev imaju ispred imena dodatak – kvazistacionarni.

I Srbija u vrhu

Na ovoj stanici u „fuzioni voz” koji polazi s juga Francuske ukrcava se Srbija s gotovo poluvekovnim istraživačkim iskustvom (električna gasna pražnjenja, plazma i spektroskopija). Još osamdesetih godina pod vođstvom prof. dr Jagoša Purića izrađen je plazma fokus, a krajem devedesetih počinje osmišljavanje ubrzavača plazme (akcelartora). Do sada ih je, u saradnji sa beloruskim istraživačima, nečinjeno nekoliko vrsta, a pred završetkom je dvostepeni kvazistacionarni ubrzavač plazme. U ovim napravama plazma se ubrzava, čak, do 1.000 kilometara u sekundi, uz veliku gustinu i temperaturu do nekoliko stotina hiljada stepeni.

Imajući u vidu da je vreme održanja do nekoliko milisekundi, pokazatelji ispunjavaju zahteve kakvi se očekuju u Kadarašu. Plazma ovakvih osobina javlja se, inače, u erupcijama na Suncu. Ovakvi uređaji nalaze se u samo četiri laboratorije u svetu – u Moksvi (Troick), Harkovu, Minsku i, naravno, Beogradu.

Naša zemlja bi dovršenjem dvostepenog kvazistacionarnog plazma ubrzavača postala jedno od međunarodnih središta fizike visokoenergetskih mlazeva. Prvi korak je učešće saradnika Laboratorije za fuzionu plazmu Fizičkog fakulteta i Centra za nauku i tehnološki razvoj, od 22. do 26. juna, na Međunarodnoj letnjoj školi o ITER-u u Kadarašu. Na put se sprema grupa studenata: Ana Kostić, Sanja Zdolšek, Nikola Stevanović, Ivan Šupić i Nikola Božović pod rukovodstvom docenta dr Ivana Dojčinovića.

Očekujemo da nas, posle uključenja dve naše istraživačke družine (iz Nuklearnog institita „Vinča” i Instituta za fiziku u Zemunu) u istraživanja u CERN-u, još jedna grupa iz Srbije predstavlja u jednom od najvećih naučnih (i fizičarskih) poduhvata u istoriji u ITER-u.