Postępy fizyków US w poszukiwaniach czystego źródła energii
Naukowcy z Instytutu Fizyki Uniwersytetu Szczecińskiego wyznaczają drogę w poszukiwaniu nowego, wydajnego źródła energii. Wyniki eksperymentów opublikowano w ostatnim czasie w prestiżowych czasopismach naukowych. Może to być przełom dla badań nad tzw. zimną fuzją jądrową i stworzeniem nowego źródła energii.
Zespół naukowców kierowany przez prof. dra hab. Konrada Czerskiego zidentyfikował nowy, wysoko wzbudzony stan rezonansowy w jądrze helu-4, który prowadzi do znaczącego wzrostu prawdopodobieństwa zajścia fuzji deuteronów w temperaturze pokojowej. Wyniki tych badań stanowią przełom w dziedzinie tzw. zimnej fuzji jądrowej i zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Physical Review X.
Perspektywy do opracowania bezpiecznego źródła energii
Odkrycie jest efektem wieloletnich eksperymentów prowadzonych w Centrum Fizyki Eksperymentalnej eLBRUS Uniwersytetu Szczecińskiego, wyposażonym w unikalny w skali światowej akcelerator z ultrawysoką próżnią. Naukowcy po raz pierwszy zarejestrowali promieniowanie anihilacyjne i promieniowanie hamowania pochodzące z rozpadu nowego, wąskiego poziomu rezonansowego w jądrze helu-4 o energii wzbudzenia 23,8 MeV. Stan ten powstaje w reakcji deuteron-deuteron i rozpada się głównie przez tworzenie pary elektron-pozyton. Wcześniej jego istnienie przewidziano jedynie teoretycznie, a obecne eksperymenty po raz pierwszy potwierdziły te przypuszczenia doświadczalnie.
Odkrycie otwiera nowe perspektywy badawcze nad tworzeniem pierwiastków chemicznych we wszechświecie oraz wykorzystaniem tzw. zimnej fuzji jądrowej do opracowania wydajnego, taniego, czystego i bezpiecznego źródła energii – podkreśla prof. Konrad Czerski.
Jest to alternatywa dla reakcji termojądrowych, które mogą być wykorzystane tylko w bardzo dużych urządzeniach, takich jak tokomaki czy stelleratory, gdzie plazma jest utrzymywana przy bardzo wysokich temperaturach powyżej 100 mln stopni.
Zwiększenie wydajności reakcji jądrowych
Drugim kluczowym efektem wzmacniającym fuzję deuteron-deuteron i badanym przez zespół z Uniwersytetu Szczecińskiego jest zjawisko ekranowania elektronowego, które odgrywa zasadniczą rolę w zwiększaniu wydajności reakcji jądrowych przy niskich energiach. Zjawisko to polega na osłabieniu odpychania elektrostatycznego między dodatnio naładowanymi jądrami atomowymi dzięki otaczającym je elektronom, co znacząco zwiększa prawdopodobieństwo fuzji. Badania prowadzone w Szczecinie wykazały, że efekt ten jest silnie uzależniony od defektów sieci krystalicznej badanego materiału i stopnia jego utlenienia.
Dzięki temu możliwe stało się wykazanie, iż wydajność fuzji deuteronów w temperaturze pokojowej może wzrosnąć nawet o dwadzieścia rzędów wielkości, co otwiera drogę do potencjalnych zastosowań przemysłowych i energetycznych. Odpowiednio przygotowane próbki metaliczne lub nanostruktury mogą stać się kluczowym elementem przyszłych reaktorów bazujących na niskoenergetycznych reakcjach jądrowych – wyjaśnia kierownik badania.
Realizowane prace badawcze były częścią międzynarodowego projektu CleanHME (Clean Energy from Hydrogen-Metal Systems), finansowanego ze środków programu Unii Europejskiej Horyzont 2020. Projekt koordynowany przez Uniwersytet Szczeciński był realizowany we współpracy z 16 ośrodkami naukowymi oraz partnerami przemysłowymi z Europy i świata. Jego głównym celem było opracowanie nowego źródła energii opartego na zjawiskach niskoenergetycznej fuzji jądrowej.
Szczegółowe zrozumienie natury nowego rezonansu w jądrze helu-4 będzie miało ogromne znaczenie dla konstrukcji przyszłych źródeł energii opartej na fuzji deuteronów. Podobne znaczenie dla nauki i techniki miał w przeszłości tzw. rezonans Hoyle’a, który wyjaśnił proces syntezy węgla w gwiazdach – podkreśla prof. Konrad Czerski.