Reaktor anihilacyjny, a reaktor termojądrowy



Energia słoneczna to energia dostępna na Ziemi. Myśląc o energii słonecznej można mieć na myśli dwa rodzaje i metody uzyskania energii - pierwsze rozwiązanie to wykorzystanie energii słonecznej docierającej w postaci promieniowania elektromagnetycznego do powierzchni globu ziemskiego, drugi rodzaj rozwiązania to fuzja termojądrowa w warunkach planetarnych, a więc rodzaj wykorzystania energii faktycznie zasilającej słońce jako jednej z niepoliczalnej ilości gwiazd w kosmosie. Obecnie energia elektromagnetyczna słońca rozpraszana jest prawie w całości w przestrzeni układu słonecznego i tylko znikoma jej część docierając do powierzchni planet układu słonecznego może być w jakikolwiek sposób użyteczna, napędzając jednocześnie procesy w atmosferach planet i mając wpływ na warunki termiczne w ich obrębie. Ziemia jako jedyna znana zamieszkana planeta w układzie słonecznym jest miejscem gdzie wszelkie zmiany aktywności słonecznej mają kluczowy wpływ na ludzi i zwierzęta ją zamieszkujące. W swojej historii były przypadki, że aktywność słoneczna, a więc ilość energii docierająca do Ziemi była znacząco mniejsza od normy, zaowocowało to różnymi wahaniami rozmiarów czap lodowych, w pewnych okresach, gdy słońce było w minimum aktywności czapy te rozrastały się do tego stopnia, że obecne tereny Europy były przykryte lądolodem. W innych okresach gdzie słońce rozgrzewało się mocniej następowały fale upałów, klimat mógł stawać się wilgotny, a zawartość tlenu w atmosferze mogła dochodzić do 38 %. W jeszcze innych okresach zawartość dwutlenku węgla rosła na skutek wybuchów wielkich wulkanów i upadków meteorytów do tego stopnia, że wzmagał się efekt cieplarniany, co doprowadzało do pustynnienia. W dzisiejszych czasach słońce jest tym ciałem niebieskim, które może zapewnić ludzkości na długie tysiące lat praktycznie nieograniczoną ilość energii dla potrzeb jej cywilizacji technicznej. Jako ludzie mamy środki techniczne aby pobierać słoneczną energię elektromagnetyczną i zmieniać ja w prąd elektryczny za pomocą ogniw fotowoltaicznych, lub wykorzystać zjawisko fuzji termojądrowej, takiej jaka zachodzi we wnętrzu słońca, by budować reaktory termonuklearne, w których zysk energetyczny jest nieporównywalnie większy niż w przypadku ogniw. Istniejące obecnie technologie polegające na znajomości fizyki nuklearnej pozwalają na budowę tokamaków i innych urządzeń, gdzie zjonizowany wodór łączy się w hel produkując bardzo duże ilości energii cieplnej. Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem w kosmosie, jest również podstawowym paliwem, którym zasilane są gwiazdy. W gwiazdach ciągu głównego, do którego należy słońce sprawa utrzymania fuzji jest prosta i polega na prasowaniu grawitacyjnym gazu do tego momentu aż odpychanie między atomami zostanie przełamane i zacznie łączyć się on ze sobą wytwarzając energię cieplną. W warunkach ziemskich nie ma możliwości prasowania grawitacyjnego i jedyną formą stłoczenia wodoru jest utrzymywanie go w pułapkach z pól magnetycznych, gorąca plazma nie może stykać się ze ściankami naczynia próżniowego bo uległoby ono gwałtownemu stopieniu, gdyż ma ona temperaturę wielokrotnie większą niż ta w rdzeniu naszej gwiazdy. Słońce w jednej sekundzie spala setki tysięcy ton wodoru zamieniając go w cięższy hel. Prace nad coraz lepszymi ogniwami fotowoltaicznymi - bardziej wydajnymi ich odmianami cały czas są prowadzone w wielu laboratoriach na świecie. Dopóki pozostajemy na Ziemi zasadne jest czerpanie energii z największego jej źródła w układzie słonecznym, czyli słońca, będzie ono jeszcze dostarczać jej przez miliardy lat. W ostatnich latach następuje szczególnie szybki rozwój reaktorów fuzyjnych, poprzez urządzenia typu JET czy MAST aż po budowany największy obecnie reaktor ITER, wykorzystywany jest deuter i tryt jako paliwo nuklearne. Pozyskanie deuteru jest stosunkowo proste - występuje on w wodzie morskiej w związku z tlenem jako ciężka woda, ciężką wodę czystą uzyskuje się przez długotrwałą elektrolizę zwykłej wody, następnie rozbija się ciężką wodę na tlen i deuter. Tryt to radioaktywny izotop wodoru i jest trudniejszy do wyprodukowania, produkuje się go z litu poprzez naświetlanie neutronami, wykorzystuje się do tego celu te same neutrony, które powstają w trakcie pracy tokamaku, gdyż tokamak obłożony jest litem, a więc sam produkuje sobie paliwo. W procesie fuzji termonuklearnej dochodzi do emisji neutronów i wysokoenergetycznego promieniowania elektromagnetycznego jednak są odmiany fuzji w przypadku których nie następuje emisja neutronów jest to tkz. fuzja bez-neutronowa. Najlżejsza odmiana wodoru, wodór protonowy (prot) nie nadaje się do produkcji energii, bo energia potrzebna do połączenia się jego jąder w jądro helu jest zbyt wysoka i w warunkach ziemskich nie ma możliwości aby uzyskać odpowiednie warunki reakcji termonuklearnej z udziałem wodoru atomowego.Gra o fuzję i jej praktyczne wykorzystanie cały czas się toczy a stawką jest przetrwanie rodzaju ludzkiego. Czysta energia którą oferuje słońce obecnie staje się już priorytetem, a w wielu krajach o zatrutym na skutek działalności człowieka środowisku stała się najważniejszym elementem zagospodarowania energią. Z jednej strony mamy energię wiatrową, energię wodną, jednak fotowoltaika i fuzja są to najmniej inwazyjne na środowisko technologie i należy się spodziewać, że prace nad nimi będą kontynuowane aż do wymaganego skutku. Z innej strony mamy też powrót do wykorzystania niekonwencjonalnych paliw w reaktorach atomowych ale na ile to stanie się rzeczywistością tego nie można jednoznacznie określić. Zdaje się, że przemysł nakręcony jak zegarek nie znosi bardziej penetrujących w swoją istotę technologi, bo rewolucja technologiczna, nie jest formą zasadną i adekwatną z punktu widzenia dochodu gospodarki od razu, i dopóki pewne rozwiązania są dostępne, istnieje na nie zbyt i maszyna zazębia się to będą one wykorzystywane. Postęp jest bronią obosieczną, niektórzy wygrają a niektórzy przegrają w jego procesie, wszystkie zmiany mają swoją wagę i wpływ na stereotypy gospodarcze, jednak zanim do nich dojdzie weryfikacja tego systemu przetoczy się ze wszystkimi swoimi konsekwencjami. Masa spoczynkowa elektronu jest kilka tysięcy razy mniejsza niż masa spoczynkowa protonu. Para proton - elektron tworzy najprostszy w przyrodzie atom wodoru ( prot ). Para antyproton - pozyton zaś tworzy najprostszy atom antymaterii - anty-wodór. Jednak zanim dojdzie do masowej produkcji anty-wodoru na skalę przemysłową w celu uzyskiwania energii w elektrowniach, należy być może zastanowić się nad znacznie bezpieczniejszym układem anihilacyjnym par elektron - pozyton, gdyż tego typu układ wydaje się być rozsądniejszym rozwiązaniem dla pozyskiwania energii w elektrowniach anihilacyjnych i innych urządzeniach do produkcji energii w tego typu procesie. Po pierwsze elektron tworzy prąd elektryczny, który przepływa w przewodniku, podobna sytuacja obowiązuje w przypadku pozytonu, problem jednak polega na tym, że aby doszło do anihilacji prądów elektronowych z pozytonowymi musi istnieć obojętny ośrodek w którym zachodzić ma proces wytworzenia i przekazania energii kwantów gamma i cieplnej, która później posłużyć mogłaby do zasilenia generatora pary dla turbin produkujących prąd w elektrowniach. Obie z cząstek, zarówno elektron jak i pozyton posiadają ładunek elektryczny, jednak dokładnie odwrotny. W przypadku anihilacji par elektron - pozyton powstaje wysokoenergetyczne promieniowanie gamma - dokładnie dwa kwanty, które może być zabójcze dla obsługi elektrowni anihilacyjnej, promieniowanie to nie jest energią cieplną, którą można bezpośrednio zamienić w energię mechaniczną, jest to promieniowanie jonizujące, z którym przyszłe pokolenia musiałyby dać sobie radę, jeżeli chciałyby efektywnie korzystać z energii anihilacji. W przypadku anihilacji cięższych cząstek po drodze w procesie reakcji anihilacyjnej powstają przeróżne cząstki pośrednie i nigdy nie dochodzi w warunkach naturalnych do "czystej" przemiany materii w energię, tak jak określa to wzór E = mc2. W przyrodzie zachodzą procesy, które powodują powstawanie pozytonów w naturalny sposób np. w wyższych warstwach atmosfery na skutek promieniowania wysokoenergetycznego lub tak jak w przypadku rozpadu niektórych izotopów promieniotwórczych pierwiastków. Następuje jednak spontaniczna anihilacja wykluczająca zaistnienie większej ilości pozytonów, czy innych anty-cząstek w danej chwili czasu w określonej przestrzeni w ośrodku materialnym. Również w tym przypadku i tego typu anihilacji, nigdy nie zachodzi ona ze całkowitą zamianą masy substratów na energię. Aby uzyskać jak najbardziej wydajną energetycznie anihilację pary proton - antyproton, czy elektron - pozyton musiałyby zajść warunki jakie można by w przyszłości uzyskać tylko w laboratorium w bardzo specyficznych warunkach. Antymateria może być źródłem ogromnej energii, jednak skuteczne panowanie nad nią to już inna "para kaloszy". Należy przypomnieć, że energia ta może posłużyć w celach odmiennych niż cele utylitarne, np. w celu konstrukcji broni anihilacyjnej. Na pewno szaleństwem by było trzymanie dużych zasobów antymaterii w pułapkach magnetycznych w warunkach planetarnych. Jednak jednoczesna produkcja paliwa i natychmiastowe zużycie go w celach produkcji użytecznej energii wyglądać może pod względem bezpieczeństwa już znacznie lepiej. Chodzi tu tylko i wyłącznie o stopień zdyscyplinowania i świadomość społeczeństwa, bo miejsce "parszywych owiec" w rzeczywistości z powszechnym użyciem technologii anihilacyjnej, gdzie przypadkowa anihilacja zaledwie grama antymaterii doprowadziłaby do destrukcji na niewyobrażalną skalę i straty w ludziach liczonych w setkach milionów osób, jest oczywiście pytaniem o psychologię ludzką jako taką w szerszej skali. Proces anihilacji w rzeczywistości jest mało poznanym zjawiskiem i dopóki nie zostaną opracowane wydajne metody pozyskiwania cząstek antymaterii, dopóty nie będzie realnej rozmowy o reaktorach na antymaterię - no cóż można stwierdzić, że początki są trudne i w tym przypadku. Zasadniczym problemem jest znikoma możliwość zbadania antymaterii, bo nie ma dostatecznej ilości materiału do badań. Z czasem jednak mogą pojawić się możliwości technologiczne - furtki przyrody, które dotychczas stanowiły zupełną nieznaną, czy będzie to kreacja cząstek z wysokoenergetycznego promieniowania laserowego, czy np. uzyskiwanie paliwa w procesie kwantowym, o którym jeszcze nie wiemy zupełnie nic, to się może już niedługo okazać. Społeczeństwo międzynarodowe nie jest jeszcze przygotowane na tego typu skok technologiczny. W przypadku społeczeństwa, sprawy takie jak religia, moralność, przymus prawny i społeczny determinują i determinowały w przeszłości wielokrotnie sytuacje stresowe mogące stać się przyczyną odwrotnych od zamierzanych, reakcji jednostek. Dopóki tego rodzaju czynnik będzie realny, dopóty społeczeństwo nie uzyska stopnia moralnego, do tego by przyjąć na siebie ciężar i odpowiedzialność za ewentualne dysponowanie tak zaawansowaną technologią.Bez wątpienia, reaktor anihilacyjny byłby "cudem techniki". Do jego pracy wystarczyłyby niewielkie, wręcz miligramowe ilości substratów reakcyjnych, reaktor nie produkowałby odpadów radioaktywnych jakie znamy obecnie. Nie produkowałby neutronów, ani prędkich, ani termicznych. Dodatkowo promieniowanie jonizujące w zaawansowanym, doskonałym reaktorze mogłoby być zaprzęgnięte do wytworzenia jeszcze większej ilości energii w podobnym procesie w jakim obecnie funkcjonuje chociażby nasza gwiazda dzienna - Słońce. Tam energia kwantów gamma powstałych w reakcji termojądrowej w rdzeniu słonecznym jest stopniowo zamieniana na energię cieplną w wyniku procesów kwantowych wewnątrz słońca. Czy udałoby się taki proces osiągnąć w warunkach planetarnych ? - być może, czy to za pomocą jakiegoś pola rezystancji, które zmieniałoby miejscowo właściwości przestrzeni tak by kwanty te napotykały na większy opór w propagacji, oddając np. swoją energię stopniowo do jakiegoś zewnętrznego ośrodka kosztem długości fali, czy przy użyciu innych metod - można obecnie tylko spekulować. Przyszłość jest nieodkrytą kartą i nie ma determinantów negatywnych, które mogłyby zweryfikować ludzką wyobraźnię i zdolności nawet przy tego typu wyzwaniach. Jednak zanim do tej technologii dojdzie, człowiek będzie musiał jeszcze się wiele nauczyć, a relacje między ludźmi zostaną skonfrontowane pod kątem mądrości płynącej z otoczenia z cechami charakteru które stanowią jego podstawy psychologiczne, a czym więcej się nauczy w tym procesie, tym większego szacunku nabierze on do natury i podstaw, które ją określają.