Gorące czasy dla fuzji

10 Â

WIAT

AUKI

Maj 2000

NAUKA

LUDZIE

Goràce czasy dla fuzji

Byç albo nie byç

dla programu ITER

zyskanie energii elektrycznej
z kontrolowanej syntezy termo-
jàdrowej jest ca∏kiem realne

w ciàgu najbli˝szych 50 lat – twierdzi∏a
z uporem grupa europejskich naukow-
ców podczas listopadowego seminarium
w Monachium. Co wi´cej, naukowcy ci
sà przekonani, ˝e budow´ Mi´dzynaro-
dowego Eksperymentalnego Reaktora
Termojàdrowego ITER (International
Thermonuclear Experiment Reactor) na-
le˝y kontynuowaç. Te doÊç zdecydowa-
ne opinie g∏oszone sà w czasach niezbyt
pomyÊlnych dla fuzji realizowanej w to-
kamakach – urzàdzeniach podobnych
kszta∏tem do obwarzanka, które zawsze
budzi∏y zastrze˝enia z technologiczne-
go i komercyjnego punktu widzenia.
W 1986 roku Stany Zjednoczone, ówcze-
sny Zwiàzek Radziecki, kraje EWG i Ja-
ponia podj´∏y wspólne prace nad pro-
gramem ITER, majàcym doprowadziç
do zbudowania pierwszego urzàdzenia
typu tokamak, w którym da∏oby si´ uzy-
skaç samopodtrzymujàcà si´ reakcj´ ter-
mojàdrowà. Koszt przedsi´wzi´cia sza-
cowano na 10 mld dolarów. Dwa lata

póêniej Stany Zjednoczone zg∏osi∏y za-
strze˝enia co do rozwiàzaƒ konstrukcyj-
nych i wysokich kosztów i wycofa∏y si´
z finansowania projektu, a Rosja z po-
wodu k∏opotów gospodarczych pozo-
sta∏a w zasadzie wy∏àcznie formalnym
cz∏onkiem programu. W rezultacie jedy-
nie Europa i Japonia sk∏onne by∏y dalej
pracowaç nad reaktorem ITER.

W urzàdzeniach typu tokamak kon-

trolowane reakcje syntezy termojàdro-
wej zachodzà w mieszaninie izotopów
wodoru – deuteru i trytu. Pole magne-
tyczne, wytwarzane przez nadprzewo-
dzàce magnesy, utrzymuje paliwo we-
wnàtrz torusa. Jest ono równoczeÊnie
grzane do temperatury 100 mln stopni
Celsjusza. Gaz przechodzi wtedy w stan
plazmy, czyli tworzy mieszanin´ swo-
bodnych elektronów i zjonizowanych
atomów, a jàdra deuteru i trytu ∏àczà si´
ze sobà, wytwarzajàc szybkie neutrony
i czàstki alfa (jàdra helu), które dodat-
kowo podgrzewajà plazm´. JeÊli po-
wstanie wystarczajàco du˝o czàstek al-
fa, temperatura plazmy oraz zachodzàce
reakcje syntezy b´dà podtrzymywane
i reaktor wytworzy wi´cej energii, ni˝
jej zu˝yje. Dotàd w ˝adnym urzàdzeniu
termojàdrowym nie uda∏o si´ jednak
osiàgnàç nawet „breakeven”, czyli wa-
runków równowagi energii.

ITER mia∏ byç przedostatnim etapem

poprzedzajàcym budow´ przemys∏o-
wego reaktora termojàdrowego. Ale

sceptycyzm co do tej koncepcji narasta∏
i osiàgnà∏ apogeum w 1996 roku, kiedy
dwóch amerykaƒskich fizyków stwier-
dzi∏o, ˝e projektowana wersja reaktora
ITER nie gwarantuje uzyskania za∏o˝o-
nego poziomu wytwarzania energii.
Przyczyny upatrywano w jego rozmia-
rach: w tak ogromnym urzàdzeniu jak
ITER turbulencje w plazmie mog∏yby
prowadziç do znacznych strat ciep∏a.
W 1998 roku Stany Zjednoczone wyco-
fa∏y si´ z programu.

Zmuszeni do okrojenia bud˝etu do

3 mld dolarów naukowcy z zespo∏u
ITER ograniczyli równie˝ zamierzone
cele. Przedstawiona przez dyrektora
programu ITER Roberta Aymara na li-
stopadowym seminarium nowa wersja
urzàdzenia – 27-metrowa konstrukcja
– mog∏aby wytwarzaç 400 MW; w im-
pulsie o czasie trwania 500 s uzyski-
wano by energi´ 10 razy wi´kszà od
energii dostarczonej do plazmy. Pier-
wotna wersja zak∏ada∏a moc wyjÊcio-
wà 1500 MW i reaktor o wysokoÊci
31.5 m. Przy zmniejszonej mocy wyj-
Êciowej urzàdzenie nie b´dzie w stanie
osiàgnàç warunków ignition, tj. zap∏o-
nu samopodtrzymujàcej si´ reakcji, jak
pierwotnie zak∏adano.

Brzmi to ma∏o obiecujàco, ale – zda-

niem Aymara – „uzyskanie ignition
wcale nie jest konieczne. Reaktor prze-
mys∏owy to po prostu wi´kszy wspó∏-
czynnik wzmocnienia, rz´du 50”, co
oznacza 50 razy wi´cej energii wyjÊ-
ciowej ni˝ wejÊciowej. ITER ze wspó∏-
czynnikiem wzmocnienia 10 b´dzie
pomostem prowadzàcym do g∏ówne-
go celu.

Zwolennicy kontynuowania progra-

mu ITER ch´tnie podajà powody swego
optymizmu. Klaus Pinkau, zast´pca
przewodniczàcego Grupy Roboczej
ITER, poinformowa∏, ˝e grzana plazma
ma w∏asnoÊci samoizolujàce, które byç
mo˝e u∏atwiajà przebieg reakcji termo-
jàdrowych. A w innych urzàdzeniach
termojàdrowych uzyskano interesujàce
rezultaty. W 1998 roku, jak utrzymuje
Hideyuki Takatsu z Japoƒskiego Ba-
dawczego Instytutu Energii Atomowej:
„w najwi´kszym japoƒskim tokama-
ku JT-60U osiàgni´to warunki równo-
wa˝ne breakeven. Równowa˝ne ozna-
cza w tym wypadku, ˝e osiàgni´to by
breakeven”, gdyby zastosowano wydaj-
niejsze pod wzgl´dem energetycznym
paliwo deuterowo-trytowe zamiast czy-
stego deuteru. Zbli˝ony rezultat uzy-
skano w urzàdzeniu JET w Anglii, wy-
twarzajàc 16 MW z fuzji przy zu˝yciu

FIZYKA

ZANIECHANIE PRAC nad fuzjà tokamakowà, b´dàce rezultatem ci´ç finansowych,

doprowadzi∏o do zamkni´cia tokamaka w Princeton University,

a nast´pnie do wycofania si´ USA z projektu ITER.

DIETMAR KRAUSE AP

Photo/Princeton Plasma Laboratory

WIAT

AUKI

Maj 2000 11

oko∏o 25 MW (w∏aÊnie z mieszaninà
deuter–tryt).

Czy turbulencje mogà roz∏o˝yç taƒ-

szy ITER? Zdaniem Carlosa Alejaldre’a,
dyrektora Narodowego Laboratorium
Fuzji hiszpaƒskiego centrum badawcze-
go energii i technologii Ciemat jest to
ma∏o prawdopodobne. Jego zespó∏ pro-
wadzi szczegó∏owe badania diagno-
styczne plazmy w hiszpaƒskim urzàdze-
niu TJ II Stellerator i przyznaje, i˝
turbulencje wzbudzajà pewne wàtpli-
woÊci. JednoczeÊnie stwierdza jednak,
˝e „symulacje numeryczne i ekspery-
menty przeprowadzone na JET i innych
urzàdzeniach dajà pewnoÊç, ˝e uda si´
w reaktorze ITER uzyskaç kontrolowa-
nà syntez´ termojàdrowà”. Alejaldre sà-
dzi, ˝e w dalszej perspektywie wi´k-

szym problemem b´dà szybkie neutro-
ny, które spowodujà radioaktywnoÊç
urzàdzenia. Bez odpowiedniego ekra-
nowania przysz∏e komercyjne reaktory
mog∏yby si´ okazaç nieop∏acalne.

Na razie dla zwolenników projektu

ITER najpilniejszà sprawà jest rozwiàza-
nie pewnych spraw o charakterze poli-
tycznym, takich jak uzgodnienie lokali-
zacji reaktora i uzyskanie odpowiednich
funduszy. Wycofanie si´ Stanów Zjed-
noczonych by∏o w ich opinii decyzjà
o charakterze politycznym, a ch∏odny
stosunek do przedsi´wzi´cia wynika
z faktu, ˝e kraj ten obfituje w pok∏ady
ropy naftowej i w´gla. Japonia traktuje
fuzj´ jako „rodzaj energetycznego zabez-
pieczenia kraju – wyjaÊnia Takatsu. – Ma-
my bardzo ograniczone zasoby energii.”

Agencje ds. energii astronomicznej,

europejska i japoƒska, podejmà w czer-
wcu br. decyzje o strategii finansowania
i to one okreÊlà tempo prac nad projek-
tem. Urzàdzenie powsta∏oby w ciàgu
pó∏tora roku, a pierwszych rezultatów
mo˝na by oczekiwaç w ciàgu 2.5 roku.
Mimo to wycofanie si´ Stanów Zjedno-
czonych to bolesne doÊwiadczenie. „By-
libyÊmy zachwyceni, gdyby program
ITER kontynuowano” – mówi Richard
Hazeltine, dyrektor Instytutu Badaƒ
nad Fuzjà w University of Texas w Au-
stin. Je˝eli pieniàdze uda si´ zdobyç
w ciàgu najbli˝szych dwóch lat, nie wy-
klucza on mo˝liwoÊci wznowienia
uczestnictwa Stanów Zjednoczonych
w tym programie.

Luis Miguel Ariza

Mapowanie umys∏u

Kartografowie ludzkiego mózgu

podejmujà si´ niewdzi´cznego

i kontrowersyjnego zadania

XIX wieku grupa lekarzy
praktyków, zwanych fre-
nologami, podzieli∏a po-

wierzchni´ ludzkiego mózgu na 35
obszarów, z których ka˝dy mia∏ mieç
zwiàzek z okreÊlonymi aspektami oso-
bowoÊci, takimi jak na przyk∏ad udu-
chowienie, radoÊç ˝ycia czy przydat-
noÊç do stanu ma∏˝eƒskiego. Frenolodzy
twierdzili, ˝e potrafià okreÊlaç charakter
osoby na podstawie umiejscowienia i
rozmiarów wypuk∏oÊci na powierzch-
ni czaszki. Na przyk∏ad wzgórek nad
obszarem sumiennoÊci oznacza∏, ˝e oso-
ba jest skrupulatna do tego stopnia, i˝
odpowiedni obszar jej mózgu powi´k-
szy∏ si´, podobnie jak rozrasta si´ stale
u˝ywany mi´sieƒ.

Obecnie, ponad 150 lat póêniej, nie-

którzy badacze zaczynajà si´ zastana-
wiaç, czy nowoczesne próby mapowa-
nia funkcji ró˝nych obszarów kory
mózgowej nie sprowadzajà si´ w grun-
cie rzeczy do stosowania najnowocze-
Êniejszej technologii w przedsi´wzi´ciu
analogicznym do „osiàgni´ç” frenolo-
gów. „Sà ludzie, którzy szydzà z poglà-
dów przypisujàcych konkretne funkcje
okreÊlonym obszarom kory mózgowej –
zauwa˝a Robert Desimone, dyrektor
Zak∏adu Wewnàtrzinstytutowych Pro-
gramów Badawczych National Institu-
te of Mental Health. – OkreÊlajà je mia-
nem neurofrenologii.” Ci zaÊ, którzy
wierzà, ˝e pewne precyzyjne funkcje –

takie jak widzenie barw lub s∏yszenie
niektórych dêwi´ków – mo˝na przypi-
saç ma∏ym wycinkom kory mózgowej,
k∏ócà si´ czasem zawzi´cie o to, gdzie
przebiegajà ich granice.

Na ∏amach Nature Neuroscience roz-

gorza∏ w 1998 roku prawdziwy bój aka-
demicki, w którym z jednej strony sta-
n´li Roger B. H. Tootell i Nouchine
Hadjikhani z Massachusetts General
Hospital, a z drugiej Semir Zeki i jego
wspó∏pracownicy z University College
London. Sprzeczano si´ o to, czy Tootell,
Hadjikhani i ich koledzy zidentyfi-
kowali w korze wzrokowej, po∏o˝onej
w tylnej cz´Êci mózgu, nowy obszar
odpowiedzialny za Êwiadome postrze-
ganie kolorów, czy te˝ po prostu „od-
kryli ponownie” rejon, który Zeki zna-
laz∏ uprzednio. Spór nie zosta∏ dotàd
rozstrzygni´ty.

Cz´Êç problemów wynika stàd, ˝e

niektórzy naukowcy badajà mózgi re-
zusów, podczas gdy inni koncentrujà
si´ na obrazowaniu mózgu ludzkiego
bàdê badaniu pacjentów, u których
okreÊlone obszary tego narzàdu uleg∏y
uszkodzeniu wskutek urazów lub cho-
rób. Cz´sto si´ zdarza, ˝e rejony, któ-
rym w mózgach ma∏p przypisuje si´
okreÊlonà funkcj´, nie pe∏nià jej u ludzi.
Ponadto mózgi poszczególnych rezu-
sów, a tak˝e ludzi mogà si´ nieco ró˝-
niç, co sprawia, ˝e badacze nie majà
pewnoÊci, czy w ka˝dym przypadku
obserwujà dok∏adnie ten sam obszar.

Precyzyjne lokalizowanie funkcji

w okreÊlonych rejonach mózgu sta∏o si´
mo˝liwe dzi´ki czynnoÊciowemu obra-
zowaniu tego narzàdu z zastosowaniem
techniki funkcjonalnego rezonansu ma-
gnetycznego (fMRI). W odró˝nieniu od
innych metod obrazowania pozwala
ona badaczom na obserwowanie lokal-

nych przep∏ywów krwi w mózgu –
Êwiadczàcych o poziomie aktywnoÊci
badanego obszaru – bez koniecznoÊci
podawania pacjentowi promieniotwór-
czych substancji lub kontrastu magne-
tycznego. Niestety, technika fMRI jest
kosztowna i niewiele oÊrodków badaw-
czych jà stosuje.

Josef P. Rauschecker i jego wspó∏pra-

cownicy z Georgetown University Me-
dical Center wykorzystali jà niedawno
do stworzenia szczegó∏owej mapy czyn-
noÊciowej kory s∏uchowej, która mieÊci
si´ po obu stronach mózgu. Stwierdzi-
li, ˝e dzieli si´ ona na poszczególne ob-
szary, przetwarzajàce informacje s∏u-
chowe w sposób zhierarchizowany.
Centralne rejony kory analizujà czyste
tony, natomiast znajdujàce si´ na obwo-
dzie reagujà na kombinacje kilku tonów,
tworzàcych dêwi´ki bardziej z∏o˝one,
przypominajàce brz´czenie.

Hipoteza, ˝e mózg przetwarza infor-

macje w sposób zhierarchizowany, po-
czàtkowo ekstrahujàc z bodêca jego naj-
bardziej podstawowe cechy i nast´pnie
ponownie je ∏àczàc w celu odzwiercie-
dlenia z∏o˝onoÊci otaczajàcego Êwiata,
ma êród∏o w pochodzàcych z lat sie-
demdziesiàtych badaniach nad korà
wzrokowà. Ale przez wiele lat naukow-
cy sk∏aniali si´ ku poglàdowi, ˝e kora
s∏uchowa rozk∏ada dêwi´ki na wiele po-
jedynczych cz´stoÊci i przetwarza je
równolegle.

Wyniki nowej pracy Rauscheckera

powinny wywo∏aç nieco zamieszania.
„Sà tacy, którzy uwa˝ajà, ˝e najlepiej
mapowaç mózg, wykorzystujàc czyste
tony – mówi Rauschecker. – Ale ca∏à in-
formacj´ nale˝y przecie˝ zestawiç po-
nownie w ca∏oÊç, aby us∏yszeç g∏os lub
inny z∏o˝ony dêwi´k.”

Carol Ezzell

NEUROLOGIA