Fusion: Let's create a Sun on Earth | Luka Snoj | TEDxLjubljana

Ste vedeli, da praktično vso energijo,
ki jo uporabljamo, pridobimo iz Sonca.

Ljudje potrebujemo energijo za gibanje,
za razmnoževanje,

včasih tudi razmišljanje.

In energijo pridobivamo iz hrane.

Hrane, ki je večinoma zrasla
s fotosintezo iz Sonca.

Hidroenergija, ki jo izkoriščamo, je voda,
ki ima energijo, prihaja iz naših hribov

in na poti do morja jo zajezimo
in izkoriščamo to energijo.

To je energija Sonca.

V hribe pride voda zaradi izhlapevanja
naših rek, jezer in morij.

To vse pod vplivom Sonca.

Veter, vetrnice se vrtijo zaradi vetra.

In veter piha zaradi različne osončenosti
zemeljskega površja,

ki povzroči razlike v tlaku.

Se pravi tudi vetrna energija
je posledica Sonca.

Sončne elektrarne pretvarjajo
sončne žarke v elektriko.

Dandanes, večino energije, okoli 80 %,
dobimo iz tako imenovanih fosilnih goriv.

To so nafta, premog in zemeljski plin.

Tem fosilnim gorivom bi lahko rekli
tudi neke vrste biobaterije.

Namreč tam je shranjena energija,
ki jo je Sonce tekom stotin milijonov let

pošiljalo na Zemljo, ta energija se je
shranila v živečih organizmih

in tekom stotin milijonov let in pod
visokimi tektonskimi pritiski,

so se ti organizmi pretvorili
v fosilna goriva.

In mi človeštvo, bomo v 500 letih
porabili vse kar je narava proizvajala

stotine milijonov let.

Ali nismo dobri, ali si zaslužimo aplavz?

Ne, grajo si zaslužimo.

S tem, ko bomo pokurili vsa fosilna
goriva, bomo onesnažili ozračje

segreli Zemljo in nič pustili
našim zanamcem.

Fosilna goriva so relativno primitiven
in enostaven način izkoriščanja energije.

Ali smo lahko pametnejši?

En način je jedrska energija,
kjer s cepitvijo jeder urana pridobivamo

miljonkrat več energije na enoto mase,
kot s kurjenjem premoga.

Ali pa silicijevi paneli, kjer sončni
žarki, ko pridejo na ta silicijev panel

direktno pretvarjajo svetlobo v elektriko.

Kaj pa, če bi Sonce ustvarili na Zemlji?

Da bi naredili to, moramo vedeti
kaj se dogaja na Soncu.

Sonce in ostale zvezde pridobivajo
energijo iz procesa,

ki mu pravimo zlivanje.

Na Soncu se jedra vodika
zlivajo v jedra helija.

Temu procesu pravimo zlivanje ali fuzija.

Atomska jedra so pozitivno nabita
in zato, ker so pozitivno nabita

se med seboj odbijajo.

To je podobno, kot če bi hoteli žogo
spraviti na vrh hriba.

In ker se med seboj odbijajo,
jih je težko spraviti skupaj.

Ampak, če ta jedra pospešimo, podobno kot
če želimo žogo spraviti na vrh hriba,

jo močno brcnemo in žoga odleti
na vrh hriba.

In v svetu mikroskopskih delcev,
kot so atomska jedra,

je merilo za hitrost
teh delcev temperatura.

In na Soncu pri temperaturi
10 milijonov stopinj celzija

imajo ta jedra tako visoko energijo,
da premagajo odbojno silo,

pridejo dovolj blizu skupaj,
začne delovati močna jedrska sila,

jedra se zlijejo in sprosti se energija.

Sonce, ta vroč plin vodika zadržuje
s svojo velikostjo in svojo težnostjo.

Na Zemlji pa nimamo toliko prostora,
zato uporabljamo drugo reakcijo.

Izkaže se, da na Zemlji najlažje,
a še vedno zelo težko

dosežemo reakcijo fuzije oziroma zlivanje
jeder med dvema izotopoma vodika.

To sta devterij in tritij.

Devterij oziroma težki vodik
ima en nevtron več kot navaden vodik

in tritij oziroma super težki vodik moramo
segreti na 150 milijonov stopinj celzija.

Takrat sta tako hitra, da premagata
odbojno silo, prideta skupaj, se zlijeta

in nastane novo jedro helij ter nevtron.

Devterij se v naravi nahaja v vodi,
v sladki in morski vodi ga je ogromno.

Potem je tu še tritij. Tritij je
radioaktiven, zato ga v naravi ni.

Lahko ga pa na relativno enostaven način
pridobivamo iz litija.

Litij je lahka kovina, ki se nahaja
v zemeljski skorji

in precej ga je tudi v morski vodi.

Najbolj ga poznamo iz litijevih baterij
naših telefonov, računalnikov,

tudi avtomobilov.

In ko litij obstreljujemo z nevtronom,
ki nastane pri tej reakciji,

dobivamo tritij, gorivo.

Prednost te fuzijske reakcije je, da se
pri tem ne sproščajo škodljivi plini,

ni nobenih toplogrednih plinov.

Helij je žlahten plin, popolnoma inerten,
celo uporabljamo ga lahko za hlajenje

magnetov pri jedrski magnetni resonanci.

Radioaktivnih odpadkov bo zelo malo.

Nekaj radioaktivnosti bo,
ti odpadki bodo zelo kratkoživi.

Ta nevtron nastane pri reakciji,
ko z nevtronom obsevamo kakšno snov,

ta postane radioaktivna.

Ampak s pravilno izbiro materijalov
bomo poskrbeli,

da bo ta radioaktivnost po stotih letih
padla na naravno raven.

In teh odpadkov bo malo.

Še ena pomembna lastnost je,
da je ta reakcija izjemno varna.

Niti teoretično ne more uiti iz nadzora.

Ker je to reakcijo tako težko doseči,
če gre karkoli narobe,

se reakcija sama ustavi
in ni niti teoretične možnosti,

da bi prišlo do verižne reakcije.

Ena od prednosti fuzije
je tudi majhna poraba goriva.

Za primer vzemimo našo termoelektrarno
Šoštanj s 700 megavati električne moči,

ki na leto porabi
za 20.000 vagonov premoga.

To je vlak, ki bi segal
od Ljubljane do Londona.

Enako močna jedrska elektrarna,
približno naša jedrska elektrarna Krško,

v enem letu porabi za en tovornjak urana.

Enako močna fuzijska elektrarna

bo v enem letu porabila
en kombi devterija in tritija.

Do tukaj se sliši vse lepo in prav,
ampak kako to doseči.

Namreč, doseči moramo 150 milijonov
stopinj celzija in ta vroč plin

devterija in tritija moramo zadržati.

Trenutno nimamo materijala,
ki bi zdržal

tako visoke temperature,
zate se poslužujemo trika.

Ta vroč plin lahko zadržujemo
z magnetnimi polji.

In izkaže se, da to najlažje naredimo,
če to magnetno polje oblikujemo

v obliki obroča oziroma torusa.

Na sliki vidimo notranjost
takega torusa oziroma obroča.

Takemu reaktorju pravimo
tokamak. Na sliki je tokamak JET,

Joint European Torus, ki se nahaja
v Oxfordu v Veliki Britaniji.

V notranjosti je človek za primerjavo
velikosti, med obratovanjem ga ni.

Notri je vakuum.

150 milijonov je res malo preveč,
žejen bi postal.

Okrog te posode obročaste oblike
so magneti, ki notri ustvarjajo polje,

ki je 100.000-krat močnejše
od Zemeljskega magnetnega polja

in na ta način zadrži ta vroč plin
na sredini in preprečijo,

da bi prišel v stik s steno.

150 milijonov stopinj celzija si je
težko predstavljati,

še težje pa si je predstavljati,
kako doseči tako visoko temperaturo.

Uporabljamo štiri
različne načine segrevanja.

Prvi način je uporovno segrevanje.
Tega vsi poznamo,

ker ga uporabljamo v naših likalnikih,
električnih pečicah,

električnih steklokeramičnih ploščah.

Ko po žici teče električni tok
se žica segreje zaradi upornosti.

Podobno je ko po tokamaku spustimo tok;
se vroč plin notri segreje.

Ta tok je večji, kot v vaših pečicah,
10 milijonov amperov,

to je milijonkrat večji kot v vaši pečici.

To je prvi način segrevanja.

Drugi način segrevanja je z mikrovalovi.

Podobno kot doma v mikrovalovni pečici
segrevate hrano, ki vsebuje vodo,

lahko tukaj s posebnimi mikrovalovnimi
antenami segrevamo ta vroč plin.

Le da so te mikrovalovne antene
milijonkrat močnejše

od tistih v vaši domači pečici.

In tretji način segrevanja
je segrevanje z vbrizgavanjem delcev.

Na začetku sem omenil, da je temperatura
merilo za hitrost molekul.

In če zunaj tega tokamaka
postavimo pospeševalnik,

kjer te delce pospešimo na visoko hitrost

in potem devterij in tritij brizgamo
noter v tokamak,

bosta ta dva, devterij in tritij,
z visoko hitrostjo priletela noter

in svojo energijo oddala drugim delcem.

Kot pri biljardu, začnete s kroglami,
ki so na sredini razporejene v trikotnik.

Beli krogli daste visoko energijo,
da jo pospešite, ostale mirujejo.

Ko bela krogla trči v ostale jim preda
svojo energijo in dvigne temperaturo.

To je enak način.

In četrti način segrevanja je stiskanje.

Če plazmo (vroč plin) s posebnimi magneti
stisnemo, se segreje.

Podobno kot doma, če polnite gumo,
se zračna tlačilka,

s katero polnite zračnico
na kolesu, segreje.

Poskusite enkrat.

Zakaj tega še nimamo.

Znanstveniki in raziskovalci na področju
fuzije se dostikrat šalimo,

da je razvoj fuzije konstanten.

Namreč že 50 let govorimo,
da čez 50 let pa res bo.

Ampak zakaj jaz vrjamem, da nam bo uspelo?
Ker nam je že uspelo.

Namreč leta 1997 smo na tokamaku
JET dosegli tole.

Na delu slike vidite tokamak
med obratovanjem.

Dosegli smo zlivanje devterija in tritija
in proizvedli moč 16 megavatov.

16 megavatov ustreza moči
tipične hidroelektrarne na reki Savi.

Žal smo za segrevanje plazme
porabili malo več: 28 megavatov.

Tako pač je.

(Smeh)
(Aplavz)

Kje je problem?
JET je relativno majhna zadeva,

na sliki boste videli, da je kar velik,
ampak majhen.

Za fuzijski reaktor je majhen.

Majhne stvari se hitreje ohlajajo.

Predstavljajte si nedeljsko kosilo.

Greste k mami, mama da jušnik
vroče goveje juhe na mizo.

Ta jušnik je relativno velik
v primerjavi s krožnikom

in tam bo juha ostala vroča še uro in pol.

Ko date to juho iz jušnika na krožnik

se bo tam ohladila v 15 minutah,
če je ne boste prej pojedli.

Če date iz krožnika na žlico, malo
popihate, se bo takoj ohladila.

Skratka male stvari se hitreje ohlajajo.

Vidite JET, relativno velik v primerjavi
s človekom, ampak gradimo že ITER.

ITER je večji tokamak, ki ga gradimo v kraju
Cadarache na jugu Francije v Provansi.

Izjemno lep kraj.

To da je gradnja ITER
pomemben projekt, priča tudi to,

da pri njem sodeluje
več kot polovica človeštva.

Pri gradnji ITERja so moč združile
Evropska unija, Rusija, Indija, Kitajska,

Južna Koreja, Japonska in ZDA.

To so države za katere bi rekli, če berete
časopise, da se med seboj samo kregajo.

Ampak pri tem projektu
so združile moč in ga gradijo.

ITER bo večji, proizvedel
bo 500 megavatov moči,

to je četrtina toplotne moči
jedrske elektrarne Krško.

In proizvedel bo desetkrat več energije,

kot jo bomo porabili
za segrevanje tega vročega plina.

ITER bo predstavljal pomemben korak,
pomemben testni reaktor,

kjer bomo testirali tehnologije
za novo elektrarno.

Eden od izzivov s katerim se soočamo
v ITERju je, da bomo v tej napravi imeli

na eni strani, tam kjer vidite roza,
to je ta vroč plin,

tam bo 150 milijonov stopinj celzija.

In dva metra stran bodo magneti,
ki bodo hlajeni na - 270 stopinj celzija.

Dva metra stran boste imeli najvišje
temperature in najnižje temperature

na Zemlji.

Ampak to nam bo uspelo.

Zakaj jaz verjamem v fuzijo?

Leta 2004, ko sem diplomiral,
sem poslušal predavanje o fuziji.

Bil sem čisto navdušen in sem si rekel,
to je to kar potrebujemo, to grem študirat.

Potem sem delal doktorat
in ko sem videl koliko problemov je,

koliko izzivov, sem rekel,
to nam ne bo nikoli uspelo.

Tu ni možnosti da uspe.

Po doktoratu sem šel na podoktorsko
usposabljanje na JET,

Oxfordshire, Velika Britanija.

Ko sem videl JET, ko sem videl
koliko problemov smo že rešili,

ko sem videl da JET deluje in ko sedaj
vidim, da delamo ITER 30 let kasneje,

vse gre po planu, danes imamo boljše
materijale, boljše računalniške modele,

boljše sisteme vodenja, boljše detektorje,
ni drugega kot da nam bo uspelo.

ITER bo predvidoma začel obratovati leta
2025 in bo predstavljal osnovo za gradnjo

fuzijskih elektrarn, ki jih načrtujemo
med letoma 2040 in 2050.

Ko bomo enkrat naredili fuzijske
elektrarne, to ne bo več tehnološki,

ampak tudi družbeni preboj, namreč vojne
za energetske vire ne bodo več potrebne,

saj bo gorivo voda, ki je dostopna
praktično povsod.

Seveda to ne pomeni, da ne bo več vojn,
bo pa en razlog manj.

Jaz verjamem, da bo fuzija skupaj
s klasično jedrsko energijo,

skupaj s sončno energijo
in ostalimi obnovljivimi viri

predstavljala varen, trajnosten
in brezogljičen vir energije v prihodnosti.

Antične pripovedke pravijo da je Prometej
dal človeštvu prvo pravo tehnologijo,

to je ogenj, ki ga je ukradel bogovom.

In jaz verjamem, da bomo
mi njegovi dostojni nasledniki

in bomo človeštvu prinesli
Sonce na Zemljo.

Hvala.