Svet se suočava sa hitnom potrebom za dekarbonizacijom energetskog sektora, a nuklearna energija, bilo kroz tradicionalni proces cepanja atoma (fisija) ili futurističko spajanje (fuzija), nudi jedno od najmoćnijih rešenja. Razumevanje naučnih principa iza ova dva procesa ključno je za shvatanje energetske budućnosti, jer dok se fisija već danas primenjuje i transformiše, fuzija ostaje „sveti gral“ energetike – izvor koji bi, ako se ostvari, mogao da reši globalne energetske probleme praktično zauvek.
U svetlu klimatskih promena, imperativ je razviti izvore bazne energije koji ne emituju ugljen-dioksid. Dok su solarna i energija vetra nestabilni, nuklearna energija pruža stabilan izvor snage 24 sata dnevno.
I. Fisija: Dokazani gigant (Snaga cepanja jezgra)
Nuklearna fisija je proces koji već decenijama pokreće stotine nuklearnih elektrana širom sveta. Ona predstavlja cepanje teškog atomskog jezgra (najčešće izotopa uranijuma-235 ili plutonijuma-239) na dva ili više manjih jezgara.
Mehanizam i osnovne karakteristike:
- Inicijalni korak: Reakcija počinje kada se sporo krećući neutron sudari sa jezgrom teškog atoma, destabilizujući ga.
- Lančana reakcija: Nakon cepanja (fisije), oslobađaju se nova, manja atomska jezgra (fisijski fragmenti), ogromna količina energije (uglavnom u obliku toplote) i, ključno, dva do tri nova neutrona. Ovi novi neutroni nastavljaju da udaraju susedna jezgra, izazivajući dalja cepanja – to je tzv. lančana reakcija.
- Primena: U nuklearnim reaktorima, ovaj proces se pažljivo kontroliše upotrebom kontrolnih šipki (često od kadmijuma ili bora) koje apsorbuju višak neutrona, sprečavajući nekontrolisano pregrevanje i katastrofu. Oslobođena toplota zagreva vodu, stvara paru, koja zatim pokreće turbine za proizvodnju električne energije.
Izazovi i inovacije u fisiji:
Glavni izazovi fisije su upravljanje radioaktivnim otpadom koji ima dug poluživot i inherentni rizik od nekontrolisane reakcije. Međutim, kompanije poput TerraPower, koju je suosnovao jedan američki biznismen, rade na reaktorima nove generacije (poput Natrium reaktora) koji rešavaju ove probleme:
- Napredni režimi hlađenja: Natrium reaktori koriste tečni natrijum umesto vode za hlađenje. Natrijum ima mnogo višu tačku ključanja, što omogućava rad reaktora pri normalnom pritisku i dramatično smanjuje rizik od eksplozije.
- Smanjeni rizik: Ovi reaktori su dizajnirani tako da se, u slučaju kvara ili prekida struje, pasivno hlade i sigurno gase bez potrebe za intervencijom operatera, eliminišući potrebu za eksternim izvorom napajanja za rashladne sisteme (kao što se dogodilo u Fukušimi).
- Efikasnost goriva: Razvijaju se i tehnologije koje koriste goriva sa većim stepenom obogaćenja (HALEU), čime se povećava efikasnost i smanjuje količina radioaktivnog otpada.
II. Fuzija: Zvezdana snaga (Spajanje jezgra)
Nuklearna fuzija je bukvalno repliciranje procesa koji se dešava u srcu Sunca i drugih zvezda. To je proces u kojem se dva laka atomska jezgra spajaju u jedno teže jezgro, oslobađajući pritom astronomski veću količinu energije u odnosu na fisiju.
Mehanizam i osnovne karakteristike:
- Gorivo: Idealno gorivo za fuziju su izotopi vodonika: deuterijum i tricijum. Deuterijum je lako dostupan u morskoj vodi, dok se tricijum može proizvesti unutar samog fuzionog reaktora.
- Ekstremni uslovi: Da bi došlo do spajanja, potrebno je prevazići elektrostatičko odbijanje između pozitivno naelektrisanih jezgara. To zahteva ekstremne uslove: temperature od preko 100 miliona stepeni Celzijusa (mnogo toplije od Sunčevog jezgra) i ogroman pritisak.
- Plazma: U ovim uslovima, materija se pretvara u stanje plazme – četvrto agregatno stanje. Osnovni izazov fuzije je kako plazmu, na tim neverovatnim temperaturama, držati na okupu dovoljno dugo da se dogodi fuziona reakcija koja proizvodi više energije nego što je uloženo (tzv. net energy gain).
Izazovi i napredak u fuziji:
Glavna prepreka fuzije je nalaženje načina da se plazma kontroliše. Dva su glavna pristupa:
- Magnetsko zadržavanje (Tokamak): Velike i privatne laboratorije (poput Commonwealth Fusion Systems, u koju investiraju prominentni svetski lideri) koriste snažne, često superprovodne magnete za stvaranje snažnog magnetnog polja koje zadržava plazmu dalje od zidova reaktora.
- Inercijalno zadržavanje: Drugi pristup koristi snažne lasere za ekstremno brzo komprimovanje i zagrevanje goriva.
Iako fuzija još uvek nije komercijalno dostupna, nedavni naučni proboji, poput postizanja „paljenja“ (ignition) gde se stvara više energije nego što se ulazi u gorivo (mada ne i u ceo sistem), daju nadu da će generacija stabilne fuzije biti moguća.
III. Zašto su obe tehnologije neophodne za budućnost
I fisija i fuzija su neophodne na putu ka nultoj emisiji ugljenika.
- Fisija (Sadašnje rešenje): Moderna fisija (poput naprednih malih modularnih reaktora – SMR) nudi tehnološki dokazano, sigurno i skalabilno rešenje za brzu zamenu elektrana na ugalj i gas. Daje nam vitalno vreme za prelazak na potpuno čistu mrežu.
- Fuzija (Krajnje rešenje): Ako i kada se fuzija komercijalizuje, ona nudi gotovo neograničen, čist i inherentno siguran izvor energije sa minimalnim dugotrajnim radioaktivnim otpadom. Nema opasnosti od pregrevanja ili lančane reakcije; ako sistem zakaže, plazma se jednostavno ugasi.
Konačno, dok se fisija unapređuje za decenije koje dolaze, istraživanja u oblasti fuzije obećavaju revoluciju koja bi mogla da redefiniše celokupnu globalnu energetsku arhitekturu u drugoj polovini ovog veka.
