Postępy fizyków z Polski w poszukiwaniach czystego źródła energii
Zespół badawczy z Uniwersytetu Szczecińskiego kierowany przez prof. Konrada Czerskiego dokonał odkrycia, które może zrewolucjonizować myślenie o pozyskiwaniu energii.
Naukowcy zidentyfikowali nowy, wysoko wzbudzony stan rezonansowy w jądrze helu-4, prowadzący do znaczącego zwiększenia prawdopodobieństwa zajścia reakcji fuzji deuteronów w temperaturze pokojowej. Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie „Physical Review X”, stanowią ważny krok w kierunku praktycznego wykorzystania tzw. zimnej fuzji jądrowej.
Odkrycie jest rezultatem wieloletnich, precyzyjnych eksperymentów prowadzonych w Centrum Fizyki Eksperymentalnej eLBRUS Uniwersytetu Szczecińskiego, wyposażonym w unikalny w skali światowej akcelerator z ultrawysoką próżnią. Uczeni 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 wyniku reakcji deuteron-deuteron i rozpada się głównie przez tworzenie par elektron-pozyton. Po raz pierwszy udało się więc doświadczalnie potwierdzić teoretyczne przewidywania dotyczące jego istnienia.
Znaczenie tego odkrycia wykracza daleko poza podstawowe badania jądrowe. Nowo zidentyfikowany rezonans otwiera zupełnie nowe możliwości badawcze w zakresie zrozumienia procesów tworzenia pierwiastków we Wszechświecie, a także może przyczynić się do opracowania wydajnego, taniego i bezpiecznego źródła energii. Potencjał tzw. zimnej fuzji jądrowej jest szczególnie istotny w kontekście poszukiwania alternatywy dla tradycyjnych reakcji termojądrowych, wymagających ekstremalnie wysokich temperatur i kosztownej infrastruktury.
Szczecińscy naukowcy analizują również inne zjawisko sprzyjające fuzji – tzw. ekranowanie elektronowe. To proces, w którym otaczające jądra atomowe elektrony osłabiają ich wzajemne odpychanie elektrostatyczne, zwiększając szanse na zajście reakcji jądrowej. Badania wykazały, że intensywność tego efektu zależy m.in. od defektów sieci krystalicznej i stopnia utlenienia materiału. Odpowiednio zaprojektowane próbki metaliczne lub nanostruktury mogą więc w przyszłości pełnić rolę kluczowych elementów reaktorów opartych na niskoenergetycznych reakcjach jądrowych.
Rezultaty badań pokazują, że wydajność fuzji deuteronów w temperaturze pokojowej może wzrosnąć nawet o dwadzieścia rzędów wielkości. To odkrycie otwiera drogę do rozwoju technologii, które w przyszłości mogą dostarczyć praktycznych, przyjaznych środowisku rozwiązań energetycznych.
Prace prowadzone w Szczecinie są częścią międzynarodowego projektu CleanHME (Clean Energy from Hydrogen-Metal Systems), finansowanego w ramach programu Unii Europejskiej Horyzont 2020. Projekt, koordynowany przez Uniwersytet Szczeciński, realizowany był we współpracy z 16 ośrodkami naukowymi i partnerami przemysłowymi z Europy i świata. Jego celem jest opracowanie nowego źródła energii opartego na zjawiskach niskoenergetycznej fuzji jądrowej – rozwiązania, które może w przyszłości wspierać globalną transformację energetyczną.
Zrozumienie natury nowego rezonansu w jądrze helu-4 ma potencjał porównywalny z historycznym odkryciem rezonansu Hoyle’a, które pozwoliło wyjaśnić proces powstawania węgla w gwiazdach. Dziś, dzięki szczecińskim badaniom, nauka ponownie staje u progu odkrycia, mogącego zdefiniować przyszłość energetyki i otworzyć nowy rozdział w historii fizyki jądrowej.
Źródło: Uniwersytet Szczeciński
Czytaj też: Ból wypisany na twarzy. Polskie badania mechanizmów migreny i napięciowych bólów głowy
Grafika tytułowa: Hal Gatewood / Unsplash
