Marek Płużański - Siedem źródeł energii
Marek Płużański „Siedem źródeł energii” KAW, Warszawa 1977
Wstęp / Wiek pary, benzyny i elektryczności / Alchemia XX wieku / Miniatura Słońca
Gaja – matka Ziemia / Energia za darmo? / Dziwne losy góry Żar / Energia z lodówki
Wstęp
Człowiek pojawił się na ziemi niemal 4 miliony lat temu. Tak brzmi werdykt uczonych, badających szczątki kości wykopane przez antropologa, panią Mary Leakey w suchym, trudno dostępnym obszarze Tanzanii, zwanym Lactoil. Innymi słowy, już w niewyobrażalnie wręcz odległych mrokach prehistorii, afrykańskie sawanny przemierzały istoty trzymające się prosto, na dwu tylnych kończynach, posiadające umiejętność polowania i czyniące użytek z narzędzi.
Płynęły tysiące i miliony lat, a ludzie wciąż rozłupywali i obrabiali kości i kamienie, nadając im postać noży, siekierek czy młotków. Używając tych narzędzi ułatwiali sobie pracę, wykonywaną dzięki niewielkiej sile swych mięśni, więc i korzyści uzyskiwali mierne. Kiedyś wreszcie ludzie zaczęli działać w sposób zorganizowany, nie wiemy kiedy, nie pisali kronik, bo zresztą i pisma nie znali. Szkoda, bowiem odkrycie, że kilka par rąk może przy odpowiednim zgraniu wysiłków wykonać znacznie większą pracę niż jedna para, stanowiło wielki przełom w historii ludzkości. Gdy ludzie wpadli na pomysł, że nie wszystko trzeba robić samemu, a można do tego zaprzęgnąć grupę innych, właściwie przybliżyliśmy się do naszych czasów. Nastąpiło owo pierwsze „ustokrotnienie człowieka”, o którym pisał, zresztą w innej sprawie, znany historyk holenderski, Hendrik van Loon, w książce pod takim właśnie tytułem.
Władcy wykorzystywali zastępy swych poddanych, by tworzyć monumentalne budowle – wystarczy wspomnieć o piramidach egipskich. „Żołnierze, czterdzieści wieków patrzy na was!” - wołał zafascynowany Napoleon. To prawda, pierwsze gigantyczne budowle powstały zaledwie parę tysięcy lat temu. Nasza cywilizacja to tylko mgnienie oka w historii ludzkości.
Dopiero jakieś 5 tysięcy lat temu człowiek ujarzmił znacznie silniejsze od siebie zwierzęta. Konie, wielbłądy czy wreszcie słonie potrafiły zastąpić wielu ludzi, ale by to zrozumieć, musiało upłynąć wiele wody. Za to zwierzęta, te żywe i najtańsze do utrzymania maszyny, są dziś w wielu rejonach świata jedynymi maszynami, jakimi ludzie się posługują. Pożerają trawę, przetwarzają ją w swoich organizmach na energię, uzyskują możliwość wykonania pracy, po czym prowadzone ręką poganiacza czy woźnicy, tę pracę wykonują.
Kiedy człowiek nauczył się wykorzystywać ogień – nie wiemy i, być może, nie dowiemy się nigdy. Można jedynie przypuszczać, że już tysiące lat temu ognisko stało się źródłem ciepła i światła – był to pierwszy wynalazek energetyczny ludzkości. Spalano jednak wyłącznie drewno. Wprawdzie już w starożytnym Babilonie znano ropę naftową, ale służyła ona głównie do oświetlenia kopcącym płomieniem ołtarzy bogów. Ba, nawet Rzymianie, którym brakowało drewna, choć wiedzieli, że czarny kamień – węgiel łatwo się zapala, traktowali go jako zabawkę.
Z biegiem czasu stało się jasne, że znaczenie i potęga ludzi zależą niemal wyłącznie od energii, jaką dysponują. Wielkie państwa starożytności, jak Grecja, Persja czy Rzym, wspierały się na niezliczonych rzeszach ciężko pracujących niewolników. Kolejne potęgi padały, a na ich miejsce wyrastały nowe, których przywódcy potrafili lepiej zorganizować swych podwładnych. I tak właśnie działo się niemal do naszych czasów. Dopiero założenie pierwszych manufaktur i rozwój przemysłu zmienił coś w tym obrazie świata. Zaś wynalazek maszyny parowej ostatecznie przypieczętował początek nowej ery, epoki wykorzystania „mechanicznych niewolników”, którzy zastępują ludzi i zwierząta w pracy, spełniając najcięższe zadania.
Od tej pory trwała pasjonująca walka o uzyskanie lepszych źródeł energii. Pojawiają się następne odkrycia i wynalazki, które rewolucjonizują życie ludzi. Najważniejsze etapy rozwoju po wynalezieniu maszyny parowej to silnik spalinowy i prądnica oraz silnik elektryczny.
Rozwój źródeł energii był wywoływany przez stale rosnącą rolę przemysłu. Powstające fabryki wymagały coraz potężniejszych źródeł energii dla napędu maszyn, coraz więcej trzeba było przewozić towarów, coraz częściej ludzie odbywali dalekie podróże. Wszystko to odbywało się kosztem zużywania energii zmagazynowanej w paliwach kopalnych - węglu, ropie naftowej i gazie ziemnym. Mechaniczni niewolnicy ułatwiali pracę ludzi, uprzyjemniali im życie. Zresztą, co tu dużo mówić, każdy chyba dostrzega, że jesteśmy otoczeni maszynami. Trudno sobie już wyobrazić życie bez samochodów, autobusów, pociągów i samolotów, ale także bez różnych urządzeń domowego użytku, jak na przykład miksery i suszarki do włosów, maszyny do pisania czy wreszcie żarówki.
A wszystko to powstaje w fabrykach, które pracują na pełnych obrotach, by zaspokoić potrzeby coraz szybciej wzrastającej liczby mieszkańców świata. Zużycie energii rośnie więc w tempie niesłychanym. Powstają coraz to nowe kopalnie węgla, rafinerie ropy naftowej i elektrownie przetwarzające energię cieplną na elektryczną, najdogodniejszą do wykorzystania w fabrykach i domach. Nawet gdyby wszyscy mieszkańcy planety razem wzięli się do roboty, nie potrafiliby dziś już wykonać pracy, którą wykonują maszyny.
Ale jak dotychczas nie ma potrzeby, by zmuszać ludzi do zastąpienia maszyn. To one będą w dalszym ciągu zastępować ludzi, byle tylko miały zapewniony dopływ energii. Tymczasem sprawa wcale nie wygląda tak różowo, jak moglibyśmy sobie tego życzyć. Mimo ogromnego postępu wciąż jesteśmy zależni od paliw kopalnych, których zasoby nie są nieograniczone. Niektórzy futurolodzy – zawodowi przepowiadacze przyszłości, mający ambicje naukowe – ostrzegają przed nadciągającym widmem braku energii, przed katastrofą, która miałaby nas znów cofnąć do epoki kamienia łupanego. Czy mają rację? Na to pytanie odpowiem na kartach tej książki. Jednak z góry ostrzegam, że nie będzie to traktat o megawatach i dżulach ani też wykład fizyki czy techniki. Po prostu chcę opowiedzieć, do czego doszliśmy w fascynującej walce o zastąpienie pracy ludzkiej przez maszyny i co nas może jeszcze czekać.
Wiek pary, benzyny i elektryczności
Kataklizm wydarzył się niespodziewanie. Tego listopadowego wieczoru w 1965 r., jak co dzień, setki tysięcy mieszkańców Nowego Jorku kończyło pracę. Przepełnione windy zwoziły ludzi do oczekujących na parkingach samochodów, do metra i autobusów. Część z nich już dotarłą do sklepów na zakupy, bądź znajdowała się w połowie drogi do domu. I nagle... nagle wszystko zamarło w bezruchu. Stanęły windy, zatrzymały się pociągi metra, zgasły lampy uliczne i niezliczone reklamy, przestała działać sygnalizacja świetlna na skrzyżowaniach, umilkły wszystkie telewizory, radia, ba, nawet telefony, zamiast jak zwykle przyjaźnie i zachęcająco bzyczeć po przyłożeniu słuchawki do ucha, były równie milczące jak stoliki, na których stały. W ciemnościach, które spowiły miasto, świeciły tylko reflektory samochodów uwięzionych w tarasujących ulice gigantycznych korkach. Na nic nie zdało się ich kierowcom wściekłe trąbienie klaksonów.
A w ciemnościach, na chodnikach zderzali się głowami ludzie, którzy w panice starali się wyrwać z tego piekła. Bo jak inaczej można określić miejsce, w którym się znaleźli? Najgorsza była niepewność i niemożność uzyskania informacji, co też się właściwie stało? Może to najazd Marsjan? Albo wojna? Ale pytania pozostawały bez odpowiedzi, bo kto mógłby na nie odpowiedzieć. Po chwili rozpoczął się istny szturm na wszystkie kioski i sklepy sprzedające latarki, świece itp. Przytomni sprzedawcy (ci rzadko tracą głowę) od razu zmienili ceny wszystkiego, co nadaje się do świecenia, na wielokrotnie wyższe. Podobno kilka osób zarobiło na tej katastrofie sporo pieniędzy.
Pora chyba wyjaśnić, co było przyczyną, że gwarne, rozjarzone światłami miasto w mgnieniu oka stało się mroczne. Otóż po prostu nastąpiła awaria któregoś z odcinków potężnej linii przesyłowej, doprowadzającej prąd elektryczny z elektrowni nad Wielkimi Jeziorami do Nowego Jorku. Coś nawaliło, jakaś drobnostka, i to wystarczyło do wywołania paniki i sparaliżowania życia wielomilionowego miasta na wiele godzin. Cóż, nasuwa się tu tylko jedna refleksja. Staliśmy się bardzo zależni od źródeł energii. Jeszcze nie tak dawno temu ulice miast były z reguły ciemne, po zapadnięciu zmroku nieliczni przechodnie przemykali się pod ścianami domów, a niewielu tylko stać było na luksus dosiadania konia czy oświetlania sobie drogi pochodnią. Pracę zaś niemal w każdej formie, wykonywały ręce ludzi lub zwierzęta.
Nie zawsze dociera to do naszych umysłów, ale energetyka, czyli dziedzina techniki, umożliwiająca zaprzęgnięcie różnych źródeł energii do pracy na naszą korzyść, zaczęła stawiać pierwsze kroki niespełna trzy wieki temu. Gdybyśmy przyjęli, że od powstania pierwszej cywilizacji na Ziemi – Sumerów, ludu zamieszkującego obszar dzisiejszego Iraku - upłynął jeden dzień liczący 12 godzin, wówczas cała historia energetyki zamykałaby się w jego ostatnich 20 minutach. Przed rokiem 1700 jeśli już coś spalono – czyniono to, by się ogrzać lub ugotować posiłek, oczywiście nie mówiąc o wojnach czy polowaniach na czarownice...
Istnieje na ziemi czarny, dający się łatwo łupać kamień, minerał, zwany węglem. Skąd się wziął? Ponad 200 milionów lat temu, w tak zwanym okresie karbonu, na Ziemi wyrastały wielkie lasy paprotników – paproci, skrzypów, widłaków i podobnych im roślin, w niczym zresztą nie przypominających tego, co dziś zwykliśmy nazywać lasem. Wzdłuż wybrzeży mórz i jezior ciągnęły się nieprzebyte moczary i trzęsawiska. Olbrzyme paprocie sięgały wysokości niemal 30 metrów. Rośliny te często zapadały się w bagno, na nich wyrastały nowe, które również się pogrążały. Czasem wylewały rzeki, nanosiły na bagno piasek, po czym znów wyrastał las paprotników. Zatopione warstwy obumarłych roślin zagłębiały się coraz bardziej, wzrastało działające na nie ciśnienie i podwyższała się temperatura. Trwało to całe miliony lat, aż wreszcie drewno przetworzyło się w owym, jakby hutniczym piecu przyrody w minerał zwany węglem.
Aż do początku naszej ery węgiel spoczywał spokojnie w głębi ziemi. Lecz w wyniku różnych zmian geologicznych zdarzało się również, że w pewnych miejscach jego warstwy zostały odsłonięte. Przyrodzona ciekawość ludzi, a może przypadek, sprawiły, że ktoś wrzucił bryłkę podniesionego węgla do ogniska i ze zdumieniem albo i strachem zauważył, że kamień ten się pali – przypuszczalnie człowiekiem tym był Grek, bowiem już 300 lat przed naszą erą pewien przyjaciel uczonego Arystotelesa, grecki mówca, Theophrastus, badacz przyrody i filozof, poza swymi innymi licznymi dziełami, napisał również rozprawę o węglu. Wykopaliska dały nam dowody, że Rzymianie czasami, przypuszczalnie dla zabawy, spalali kawałki węgla – ich popiół łatwo można odróżnić od popiołu z drewna. Pierwsze zapiski z Anglii, świadczące o używaniu węgla, pochodzą sprzed niemal 1000 lat. Słynny podróżnik Marco Polo wspomina o użyciu węgla w roku 1275, zaś w roku 1612 po raz pierwszy wrzucono węgiel do pieca hutniczego.
Aż do XVII wieku jednak spalano głównie drewno, lecz w Anglii zaczęło to zagrażać całkowitym wyniszczeniem lasów. Już królowa Elżbieta I musiała wprowadzić poważne ograniczenia i zmusiła swych poddanych do sprowadzania drewna z kontynentu. Wówczas Anglicy, w wyniku tej decyzji swej rozsądnej władczyni, musieli sięgać po skarb, znajdujący się we wnętrzu ziemi – po węgiel. Dlatego skarb, że spalenie 1 kilograma węgla daje aż 2,5 raza więcej ciepła niż spalenie 1 klograma drewna.
Początkowo stosowano prymitywne metody – łopatami i kilofami kopano i zbierano to, co znajdowało się pod samą powierzchnią ziemi. Kopalnie wyglądały jak niezbyt głębokie parowy, na dnie których skrzętnie uwijali się robotnicy; trudno ich nazywać górnikami, byli to bowiem raczej kopacze. Działo się tak dlatego, że złoża węgla eksploatowane w Anglii znajdują się na terenach, na których występuje tzw. woda podskórna. Wydobywanie węgla przypominało raczej kopanie studni, w której zbierała się woda.
Stosowano więc pompy, ale jakie to były marne urządzenia. Technika stała na niskim poziomie, pompy były nieszczelne, tak że wydobywały mało wody. Poruszały je najczęściej konie, które całymi dniami kręciły kierat. Innych źródeł napędu wówczas nie znano. Wielu przedsiębiorców nie potrafiło sobie poradzić z tym kłopotem – po prostu kopalnie zamykano po wydobyciu pewnej ilości węgla. Wszyscy ludzie, którzy znali się choć trochę na technice wiedzieli, że gdyby udało im się znaleźć maszynę, która lepiej będzie napędzała pompę, zyskają sławę i pieniądze. Trudna sytuacja Anglików przyczyniła się bez wątpienia do pierwszego sukcesu energetyki – do wynalezienia maszyny parowej.
Oczywiście, jak to się dzieje bardzo często, pierwszy z szeregu kolejnych wynalazców wcale nie zamierzał zbudować maszyny parowej. Był nim Denis Papin (wym. Papę), Francuz urodzony w roku 1647, niezwykle utalentowany fizyk. On też dokonał wielu różnych, ciekawych wynalazków. Około roku 1670 Papin pracował jako laborant genialnego fizyka holenderskiego, Christiana Huyghensa, który prowadził wówczas wykłady na uniwerstytecie w Paryżu. Wspólnie zajmowali się budową pompy wytwarzającej próżnię.
W roku 1687 Papin wpadł na pomysł genialny w swej prostocie. Ogrzewał szczelny pionowy cylinder metalowy z ruchomym tłokiem, zawierający nieco wody, tak że para wypełniała cylinder. Następnie zamykał kurek, przez który uchodziło z cylindra powietrze, wypychane przez parę, i cylinder oziębiał. Para wodna skraplała się, a tłok wypchnięty przez nią uprzednio do góry, pod naciskiem ciśnienia atmosferycznego wsuwał się z powrotem do cylindra. Papin był wówczas o krok od zwycięstwa, niestety nie pomyślał, że można by ten cylinder z tłokiem zastosować w innym celu niż do wytwarzania próżni.
Ideę jego podchwycili dwaj Anglicy – Thomas Savery (wym. Seweri) i Thomas Newcomen (wym. Niukomen). Pierwszy z nich zbudował duże komory bez tłoka, które przy kolejnym napełnianiu parą i chłodzeniu zimną wodą, powoli, bardzo powoli, wysysały wodę z dołu kopalni. Newcomen natomiast zbudował komorę z tłokiem, który przy wytwarzaniu pary unosił się do góry, zaś przy jej skraplaniu opadał w dół. Ten rytmiczny ruch przeniesiony przez dźwignię napędzał zwykłą pompę, taką jakie jeszcze można czasem zobaczyć przy wiejskich studniach. Obaj wynalazcy nawiązali współpracę i skonstruowali wspólnie w 1711 roku nową pompę parową, którą zastosowano wkrótce w niemal wszystkich kopalniach Anglii.
Właśnie w jednej z takich kopalni pracował młody chłopiec Humphrey Ogden – cóż, były to czasy, kiedy wielu młodych musiało pracować na swe utrzymanie zamiast uczyć się w szkole. Humphrey z zazdrością patrzył na swych kolegów, którzy w pobliżu grali w piłkę, podczas gdy on musiał stać przy pompie i na przemian, to otwierać, to zamykać kurek. Sprytny chłopak dostrzegł to, czego nie zauważyli konstruktorzy pompy i nikt inny przed nim. Otóż, człowiek wcale nie był tu potrzebny. Ogdenowi udało się połączyć jakimś sznurkiem kurek z tłokiem, tak że zautomatyzował, jak to dziś nazywamy, całe urządzenie. Jego wynalazek był tak prosty, że zanim dorośli połapali się w jego genialności, chłopak podobno najpierw dostał w skórę...
Ale to wciąż jeszcze nie była maszyna parowa. Dopiero około 1770 roku inny Anglik, James Watt, zbudował maszynę, w której para wytwarzana w kotle wchodziła do cylindra i powodowała ruch tłoka, po czym wychodziła z cylindra i skraplała się w chłodnicy. Na tej zasadzie opiera się budowa wszystkich maszyn parowych, stosowanych do dziś. Tłok jest sprzężony z zaworem, który odpowiednio kieruje parę na przemian, to na jedną, to na drugą stronę tłoka. Watt wyposażył również swą maszynę w regulator obrotów – wirujące kule metalowe, które odpowiednio ustawiały zawór wpuszczający parę do maszyny.
Nastał wówczas „wiek pary”, jak go dumnie określono. Maszyna parowa, taka jaką zbudował Watt, była pierwszym w dziejach ludzkości urządzeniem mechanicznym, które skutecznie zamieniało spalane pod kotłem drewno lub węgiel na pracę mechaniczną. Jak grzyby po deszczu wyrastały maszyny parowe, które najpierw zastępowały prymitywne pompy Newcomena w kopalniach, a później wkroczyły triumfalnie do fabryk.
Pierwsze fabryki, w których zastosowano maszyny parowe, podobnie zresztą jak i następne, mają wspólną cechę, tj. urządzenie, które każdy z Was bez trudu odnajdzie na starych rysunkach i fotografiach. Otóż przez całą długość hali biegł w nich, połączony z maszyną parową, obracający się wał, na którym znajdowało się tyle kół, ile w hali było maszyn produkujących różne przedmioty. Każde koło przenosiło obroty wału poprzez pas transmisyjny na podobne koło w maszynie. Gdzieś w sąsiednim pomieszczeniu stała maszyna parowa z kotłem i paleniskiem, do którego usmoleni palacze szuflami wrzucali węgiel. Tak zaczęła się kariera owego minerału, nie bez przyczyny nazwanego „czarnym złotem”. Jemu to świat zawdzięcza wspaniały rozkwit przemysłu. Węgiel stał się symbolem potęgi cywilizacji i przez wiele lat był głównym źródłem energii uruchamiającej fabryki, parowozy i statki.
Nie można tu nie wspomnieć o dwóch ludziach, którzy wydatnie przyczynili się do umieszczenia maszyny parowej na statku i w lokomotywie. Pierwszym z nich był Robert Fulton. Nie był on pierwszym człowiekiem, który pomyśłał o parowcu, ale z pewnością był tym, któremu udało się rozwiązać to zadanie. Był on zresztą niezwykle pomysłowym wynalazcą i zasłynął w wielu dziedzinach techniki. Pierwsza natomiast, jak można by powiedzieć, nowoczesna lokomotywa, to dzieło rąk i umysłu George'a Stephensona. Zbudowany przez niego parowóz „Rakieta” pobił na głowę lokomotywy konkurentów w czasie konkursu, jaki zorganizowano w Anglii w 1830 roku. Na dobrą sprawę, poza ulepszeniami konstrukcyjnymi, zastosowaniem lepszych materiałów i powiększeniem lokomotyw do rozmiarów kolosów, przy których maleńka „Rakieta” wyglądała jak pchełka, przez niemal pół wieku wynalazcy nie stworzyli niczego nowego, co ułatwiłoby ludziom poruszanie się po powierzchni naszego globu.
„Nadejdzie dzień, gdy wozy bez zwierząt będą się poruszały z szybkością, której sobie teraz nawet nie możemy wyobrazić” - oświadczył żyjący w XIII wieku genialny filozof i uczony, angielski mnich Roger Bacon. Miało to miejsce na ponad 500 lat przed powstaniem maszyny parowej Watta. Nawiasem mówiąc różne doświadczenia, odkrycia i stwierdzenia, podobne do przytoczonego powyżej, nie zyskały Baconowi uznania w oczach jego ciemnych braci zakonnych. Najpierw został wygnany do Francji, a później, po powrocie do Anglii, wsadzony na 10 lat do więzienia. Ale nie zmienia to faktu, że miał rację, choć może mieć satysfakcję tylko w grobie.
Już w roku 1769 oficer artylerii francuskiej, Nicolas Joseph Cugnot, przedstawił do osobistego sprawdzenia ministrowi wojny parowy ciągnik armat. Próba, aczkolwiek początkowo przebiegała pomyślnie, zakończyła się katastrofą - ciężki pojazd, którym trudno było kierować, uderzył w mur, co pogrzebało szanse konstruktora na uzyskanie pieniędzy potrzebnych mu dla dalszych prac nad swym pojazdem. Następnym był Anglik William Murdock, pracownik fabryki napędzany przez jednocylindrową maszynę parową. I jemu przydarzył się przykry wypadek – uruchomiony pojazd uciekł i też wpadł na mur. Kariera Murdocka jako konstruktora pojazdów zakończyła się na tej próbie. Tym niemniej inni konstruktorzy pracowali nad podobnymi pojazdami i na jakiś czas pojawiły się one na drogach, ku niezadowoleniu właścicieli dyliżansów.
Natomiast Murdock był człowiekiem rzeczywiście zdolnym i zasłużył sobie na naszą wdzięczność i uznanie. Mianowicie wykorzystał to, że przy prażeniu węgla bez dostępu powietrza wydziela się z niego niezwykle łatwopalny gaz, co zresztą wiedzieli już średniowieczni alchemicy. To odkrycie zostało zapomniane na kilkaset lat, a nawet jeśli ktoś przypadkiem to zauważył, i tak nie doceniał wagi tego faktu. Dopiero Murdock wpadł na pomysł, by gaz, wytwarzany w szczelnym zbiorniku z prażonym węglem, przesyłać rurami do miejsca w którym ma się on spalać – w palenisku kotła czy w lampie gazowej.
Wynalazca zbudował w 1792 roku niewielką, jak dziś mówimy, gazownię przy swoim warsztacie, znajdującym się obok mieszkania, a wytwarzany gaz chciał wykorzystać do oświetlenia swego mieszkania i warsztatu. Jednak na skutek sprzeciwu sąsiadów, przerażonych możliwością wybuchu, rada miejska nie udzieliła mu pozwolenia na korzystanie z gazu. Murdock wpadł wówczas na dość złośliwy pomysł przekonania członków rady o nieszkodliwości gazu. Zaprosił ich pewnego dnia do swego warsztatu, by, jak mówił, pokazać im swe urządzenie. Gdy wszyscy się już zebrali, po kryjomu zamknął drzwi na klucz i schował go do kieszeni. W czasie objaśniania, zanim ktokolwiek zdążył zaprotestować, Murdock chwycił kilof i wybił nim dziurę w zbiorniku gazu, który zaczął się ulatniać z sykiem.
Przerażeni radni rzucili się na łeb na szyję do drzwi, lecz te były zamknięte. Wówczas Murdock ze stoickim spokojem skrzesał ogień i zapalił wydobywający się gaz. Solidne drzwi wytrzymały napór przerażonych mimowolnych widzów niecodziennego wydarzenia – wkrótce strach ustąpił miejsca zaciekawieniu. Wreszcie, gdy gaz wypalił się do końca, Murdock otworzył drzwi, ale radni wcale nie spieszyli się z wychodzeniem. Zostali przekonani i udzielili wynalazcy swego błogosławieństwa. Od tego dnia mógł on do woli korzystać ze swej miniaturowej gazowni.
Nie oznacza to jednak, że gaz świetlny (tak go bowiem nazwano) zyskał od razu prawo obywatelstwa, że został przyjęty przez społeczeństwo bez zastrzeżeń. Wymownym przykładem było skwitowanie starań niejakiego pana Winsora, który chciał zaprowadzić oświetlenie gazowe na ulicach Londynu, przez znanego pisarza, autora licznych powieści historycznych, sir Waltera Scotta. Napisał on wówczas: „Oto zjawił się wariat, który proponuje oświetlenie ulic Londynu dymem”. Lecz mimo tych oporów, zarówno ulice, jak i mieszkania były przez ponad sto lat oświetlane gazem. Dopiero udoskonalona żarówka elektryczna wyparła gaz, lecz nie przegrał on z kretesem. Przecież dziś, w większości mieszkań w miastach, a także i na wsi, znajdują się kuchenki gazowe.
Stosowanie gazu, wydobywanego z węgla, a także gazu naturalnego – ziemnego, jest dziś równie powszechne, jak niegdyś drewna i węgla, spalanego pod płytą kuchni. Gaz dopływa do naszych mieszkań rurami, jest równie niekłopotliwy w użyciu, jak elektryczność. Dzięki tej głównej zalecie oraz temu, żewłaściwie nie wytwarza kopcącego ściany dymu, jest niezastąpionym źródłem energii dla potrzeb domowych. A nie zapominajmy, że jest to jakby dziecko węgla.
Prócz węgla, ziemia kryje inne jeszcze bogactwo, podstawę dzisiejszej energetyki. Mówię tu oczywiście o ropie naftowej. Powstała ona chyba nieco później niż węgiel. Bagatelka – o jakieś kilkadziesiąt milionów lat później, przypuszczalnie ze szczątków drobnych prymitywnych zwierzątek. Szczątki te, podobnie jak węgiel spoczywały pod warstwami piasku, a w wysikiej temperaturze i pod wysokim ciśnieniem odbywał się proces fermentacji i powstawało złoże ropy naftowej – substancji cuchnącej, czarnej, oleistej, która pali się łatwo i wydziela przy tym kopcący dym.
Ropę naftową, która samorzutnie wydobywała się na powierzchnię ziemi znali i stosowali już starożytni Babilończycy przed tysiącami lat. Ogrzewali ropę, tak że lżejsze, ciekłe jej składniki parowały. Pozostawały wówczas składniki cięższe, podobne do smoły, czyli po prostu asfalt, który między innymi znajdujemy dziś w budowlach Babilonu i Niniwy. Egipcjanie korzystali z ropy i asfaltu przy balsamowaniu ciał swoich zmarłych. Greccy pisarze, na przykład Herodot, Plutarch i Pliniusz zapisali wiele ciekawych uwag na temat tej dzziwnej, łatwopalnej cieczy, wydobywającej się ze szczelin skalnych. Persowie zaś palili ropę ku czci swego boga Ormuzda.
Później ropa naftowa wkroczyła do medycyny jako środek leczniczy. Destylowano ją wówczas oczywiście jakimiś sposobami, by oddzielić asfalt i trochę poprawić przykry zapach. W polskich książkach medycznych ropa pojawiła się już w 1534 roku. Wtedy to Stefan Falimierz napisał rozprawę „O ziołach i mocy ich”, w której mówi o „oleju, który idzie z kamienia” jako o lekarstwie. Cóż, aż do naszych czasów ludzie używają nafty jako środka wzmacniającego włosy. Słynna piosenkarka Violetta Villas w czasie występu w telewizji, na pytanie, jak jej się udało wyhodować wLas Vegas tak piękne blond włosy, sięgające do pięt, odparła, że smaruje je naftą.
Ale i w Polsce od niepamiętnych czasów chłopi stosowali ropę naftową do smarowania osi kół w swoich wozach, oczywiście w okolicach, w których można ją było znaleźć, czyli na terenie między Jasłem a Sanokiem. Budowano prymitywne kopalnie – po prostu doły o ścianach umocnionych faszyną. Zebraną wnich ropę na miejscu zgęszczano przez gotowanie na wolnym ogniu.
Produkcją mazi do wozów dorabiał sobie karczmarz z Borysława, Abraham Schreiner. Pewnego dnia, gdy zdjął z kotła pokrywę, zebrane na niej lekko żółtawe krople płynu spłynęły mu na ręce i zapaliły się od ognia w palenisku. Dotkliwie poparzony karczmarz udał się po pomoc do znanej lwowskiej apteki „Pod Złotą Gwiazdą”, a przy okazji chciał ubić interes z pracującym tam młodym prowizorem aptekarskim Ignacym Łukasiewiczem. Karczmarzowi wydawało się, że tak łatwopalny płyn musi zawierać spirytus – towar, którym handlował w swym szynku. Dobrze by było zbierać go wprost z ziemi – pomyślał – i zaproponował Łukasiewiczowi udział wzyskach, gdyby ten zechciał opracować sposób wydzielania spirytusu. Łukasiewicz, choć nie wierzył w taką możliwość, zgodził się, by Schreiner dostarczał mu do badań płyn zebrany z pokrywy kotła w czasie destylacji.
W ten sposób obaj przeszli do historii, oczywiście w znacznie większym stopniu Łukasiewicz, który po wielu perypetiach opracował sposób wydzielania z ropy naftowej nafty, a także zbudował pierwszą w świecie lampę naftową. Łukasiewicz stwierdził, że odpowiednio ustalając temperaturę kotła można rozbijać ropę naftową na poszczególne składniki, od bardzo lotnych i łatwo palnych, poprzez naftę, do różnych olei i asfaltu, tak samo jak młot rozbija kamień na pył. Już w roku 1854 Łukasiewicz zbudował pierwszy prawdziwy szyb naftowy i sporą destylarnię ropy w Bóbrce pod Krosnem. Warto tę datę zapamiętać, jak również to, że rok wcześniej – 31 lipca 1853 – po raz pierwszy w historii naszej cywilizacji oświetlono lampami naftowymi sale szpitala we Lwowie.
Lampy naftowe podbiły świat. Wkrótce gorączka nafty ogarnęła Stany Zjednoczone Ameryki. Warto odnotować jednak, że pierwszy szyb zbudowany tam został przez Drake'a w miejscowości Titiusville i rozpoczął pracę 27 sierpnia 1859 roku, a więc pięć lat po Bóbrce Łukasiewicza. Jednakże złoża ropy zalegające w USA były znacznie bogatsze od polskich, może zresztą Amerykanie mieli lepszą głowę do interesów, i wkrótce amerykańska nafta zalała świat. Przy blasku opalanych nią lamp wyrosło niejedno pokolenie. Lecz prawdziwa kariera ropy naftowej rozpoczęła się z chwilą wynalezienia silnika spalinowego.
Już przed rokiem 1860 w czasie destylacji ropy naftowej uzyskano lekką, łatwo zapalającą się ciecz, którą nazwano gazoliną. Do lamp naftowych gazolina się nie nadawałą, bowiem zbyt często próby jej zapalenia kończyły się groźnym w skutkach wybuchem. Ale też wynalazcy potrafili wykorzystać tę skłonność gazoliny.
Pierwszy działąjący silnik na gazolinę, czy jak dziś mówimy benzynę, zbudował Nicholas Otto w roku 1866. Wprowadzaną do cylindra mieszankę rozpylonej benzyny z powietrzem zapalał w jego silniku rozżarzony do czerwoności pręt żelazny. Następował wybuch, który odrzucał tłok ciasno dopasowany do cylindra. Silnik działał podobnie jak maszyna parowa, z tym że paliwo spalało się w nim wewnątrz cylindra, a nie w palenisku pod kotłem wytwarzającym parę. Wszystkie silniki działąjące na tej zasadzie nazywamy silnikami o spalaniu wewnętrznym.
Perspektywa wykorzystania benzyny – co jest znacznie bardziej wygodne niż spalanie węgla i przetwarzanie wody w parę – była na tyle frapująca, że sporo konstruktorów zajęło się ulepszaniem silnika Otto. Wkrótce też Niemiec Gotttlieb Daimler, były pracownik zakładów Otto, zbudował lekki silnik, który nadawał się do zmontowania na powozie. Śmiała przepowiednia Rogera Bacona spełniła się. Niedługo później ruszył również samochód innego Niemca – Karla Benza. Były to lata 1885-1886. Pojazdy te w niczym nie przypominały dzisiejszych samochodów – ot, po prostu zwykłe bryczki z silnikiem. Nie wdając się w szczegóły odnotujemy tylko, że w 30 lat później po drogach świata krążyło już 10 milionów samochodów. Benzyna, a więc ropa naftowa stała się jednym z bardziej potrzebnych ludziom surowców.
Już w 1918 roku w czasie I wojny światowej francuski premier Clemenceau (wym. Klemanso) zwany „Tygrysem” telegrafował do Waszyngtonu: „Dla nas kropla nafty przedstawia wartość kropli krwi”. Do dziś powiedzenie to zachowało pewien sens.
Odkrywano nowe tereny roponośne: Bliski Wschód, Wenezuela, Indonezja, Nigeria skutecznie konkurowały i wkrótce prześcignęły Stany Zjednoczone w wydobyciu ropy naftowej. Lecz czy korzystały z tego owe kraje, na terenie których znaleziono naftę? Otóż nie. Powstał szereg wielkich przedsiębiorstw, które zajmowały się poszukiwaniami geologicznymi, a później wydobywaniem i przeróbką ropy naftowej. Państwa – prawowici właściciele swych bogactw na- turalnych dostawały nędzne ochłapy z zysków koncernów, takich jak Shell, Exxon, Esso czy Aramco. Koncerny te dowoziły kupowaną za bezcen ropę specjalnymi statkami – tankowcami, by po przerobieniu jej na benzynę, oleje napędowe i inne chemikalia sprzedawać te produkty po znacznie wyższej cenie tym, którzy na nie czekali. Bez przesady można stwierdzić, że całą nasza cywilizacja, a nie tylko fabryki i samochody, nie potrafili już istnieć bez produktów petrochemii.
Powstały setki i tysiące kilometrów rurociągów, a na morzach i oceanach pojawiły się coraz liczniejsze zastępy supertankowców, największych ruchomych obiektów zbudowanych rękami ludzi. Zapoczątkowało to nieprzerwane pasmo katastrof nie mających precedensu w historii żeglugi. Co prawda każdy wybuch, zatonięcie czy zderzenie ze skałami wybrzeża nie powoduje strat ludzkich na miarę np. katastrofy Titanica, lecz nieuchronnie przyczynia się do zagłady życia w morzach. Ropa naftowa to niebezpieczny ładunek, a supertankowce przewożą jej w swych zbiornikach setki tysięcy ton.
Giganty krążą bezustannie roponośnymi terenami Zatoki Perskiej, Nigerii czy Wenezueli a Europą Zachodnią, USA czy Japonią, dowożąc większe z roku na rok ilości „płynnego złota”. Niemal połowa zużywanej w świecie ropy naftowej jest przewożona w ich zbiornikach. Supertankowce stały się tak niezwykłym zjawiskiem w historii żeglugi, że czuli na tradycję Anglicy nie nazywają ich statkami, tylko skrótem VLCC (Very Large Crude Cariers – Bardzo Wielkie Transportery Ropy).
Supertankowce są tak wielkie, że zdarzyły się wypadki, iż kapitanowie mniejszych jednostek próbowali niekiedy przepłynąć pomiędzy ich światłami na dziobie i rufie, wychodząc ze zrozumiałego założenia, że taka odległość może dzielić tylko dwa różne statki. Zderzenie takie jest zupełnie niewyczuwalne dla załogi supertankowca. W sierpniu 1973 roku hiszpański supertankowiec Mostoles zatopił południowoafrykański trawler Harvest del Mar razem z całą załogą. Kapitan supertankowca przypadkiem zauważył później, że dziób jego statku ma niewielkie uszkodzenie – w czasie katastrofy nikt nawet nie usłyszał najmniejszego zgrzytu.
Katastrofy morskie, zatonięcia statków niegdyś zagrażały tylko marynarzom i przynosiły straty armatorom czy właścicielom ładunku. Dziś, gdy niemal połowa floty handlowej to tankowce, katastrofy stanowią ciągłe zagrożenie dla mieszkańców wybrzeży, a przypuszczalnie i dla wszystkich ludzi. Każdy wypadek jest bowiem nieuchronnie związany z przedostaniem się do morza pewnych ilości ropy naftowej.
Co prawda zdania naukowców są podzielone – niektórzy prubują bagatelizować to zagrożenie, lecz fakty mówią same za siebie. Kilkanście katastrof spowodowało śmierć setek tysięcy, czy nawet milionów ptaków morskich i innych stworzeń żyjących i odżywiających się na powierzchni oceanów. Thor Heyerdahl, po przepłynięciu Atlantyku na tratwie Ra, wystosował do ONZ rozpaczliwy apel, w którym stwierdza, że na większej części trasy nie dostrzegł śladów życia, a woda była tak brudna, iż nie można było się w niej kąpać.
Katastrofy tankowców zwracają uwagę opinii publicznej na zagrożenie, jakie stanowią te gigantyczne statki, lecz dzień w dzień część ich groźnego ładunku niepostrzeżenie zanieczyszcza wodę w wyniku zwykłych operacji mycia zbiorników. Rozmiary tych zanieczyszczeń trudno ocenić, lecz wszyscy eksperci są zgodni, że rocznie kilka milionów ton ropy trafia do wody.
Ostatnio jednak supertankowce coraz częściej zaczęły przebywać w portach, coraz trudniej było znaleźć chętnych, którzy wynajęliby giganta, by w jego kadłubie przewieźć tę drogocenną ciecz. Co się stało? Kraje posiadające ropę naftową postanowiły skończyć z wyzyskiem. Zorganizowały się, porozumiały i... podniosły ceny. Dokładnie 17 października 1973 roku arabskie państwa naftowe zakomunikowały osłupiałym kapitalistom, że nie tylko będą sprzedawały ropę tym krajom, którym zechcą, ale nawet wybrańcy będą musieli teraz słono płacić. Czasy, kiedy można było kupować połacie ziemi za paciorki, a drogocenną naftę za grosze, minęły bezpowrotnie. Światem kapitalistycznym wstrząsnął tak zwany kryzys energetyczny.
Polska i inne kraje socjalistyczne, które korzystają z ogromnych zasobów Związku Radzieckiego mogły przyglądać się temu kataklizmowi bez obaw. Co prawda, musimy kupować również ropę z państw zamorskich, ale są to ilości niewielkie i stać nas na to. Poza tym mamy własne ogromne rezerwy węgla, wzbogacone jeszcze o Zagłębie Lubelskie, z którego niedługo już wyjadą pierwsze wagony „czarnego złota”. Czy węgiel może zastąpić ropę? Ależ tak! Po pierwsze można będzie z niego robić benzynę syntetyczną, a po drugie, większość ropy naftowej i tak ginęła w paleniskach kotłów elektrowni całego świata.
Nasze elektrownie spalały i spalają węgiel, którego mamy pod dostatkiem. Uniknęliśmy więc kłopotu przebudowy palenisk, co często teraz zdarza się w innych krajach Europy, gdzie węgiel wraca do łask, po krótkim stosunkowo okresie przewagi wygodniejszej i dostarczającej więcej ciepła ropy naftowej.
Największą troską jest obecnie wytwarzanie energii elektrycznej, która stała się wręcz niezastąpiona. Wiek pary stopniowo przekształcił się w wiek benzyny i elektryczności. Benzynę spalają niezliczone samochody, a elektryczność stała się głównym źródłem energii dla fabryk i domów. Gdzie nie spojrzeć, nawet na najdalszej wsi budynki są oświetlone żarówkami, a w niemal każdym domu znajduje się radio i telewizor. Bez tego źródła energii nie potrafimy się już obejść. Warto więc chyba powiedzieć kilka słów o historii wiernie nam służącej elektryczności.
Poznawanie zjawisk elektrycznych biegło początkowo dwoma nurtami, jako nauka o magnetyzmie i nauka o elektryczności, bowiem ludzie sądzili, iż są to zjawiska zupełnie oderwane od siebie. Podwaliny wiedzy o zachowaniu się magnesów położył William Gilbert (wym. Dżilbert) z Colchester. Opublikował on w roku 1600 wspaniałą księgę pod długim tytułem, z którego zwylke wymienia się tylko dwa pierwsze słowa: De magnete, czyli O magnesie. Lecz nawet to fundamentalne dzieło nie od razu ucięło wszelkie nieprawdopodobne opowieści o rzekomych tajemnych mocach magnesów. Jeszcze w 20 lat później słynny badacz natury Jean Baptiste van Helmont, który podobno jest autorem słowa „gaz”, napisał: „Kamień magnetyczny jedynie przz potarcie czosnkiem zatraca swą kierunkowość, traci biegun, zachowując przy tym swą szczególną formę, konstytucję materialną i wszystkie inne właściwości. Przyczyną jest, że czosnek jest właściwym opium magnesu i przez jego działanie duchowe magnes zostaje uśpiony”. Cóż, czosnkowi przypisano nawet moc odpędzania wampirów, więc można chyba wybaczyć van Helmontowi te naiwne stwierdzenia. Swoją drogą ciekawe jest, czy sam próbował on pocierać magnes czosnkiem i co z tego wynikło?
Najtrudniej było ówczesnym badaczom pogodzić się z faktem oddziaływania magnesów na odległość, czyli wyjaśnićm w jaki sposób materia działa tam, gdzie jej nie ma. Podobnie oddziałują na siebie ładunki elektryczne. Badacze potrafili zmierzyć siły, z jakimi działają na siebie ładunki elektryczne, wyprowadzili podobne zależności dla ładunków magnetycznych, lecz ciągle nie mogli znaleźć nici wiążących te zjawiska.
Autorem pierwszego przełomu był 43-letni fizyk duński Hans Oersted. Jego sukces z 1820 roku przyniósł mu nieśmiertelność w pamięci wdzięcznych ludzi. Oersted zauważył bowiem, iż przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, wywiera siłę na znajdującą się obok igłę kompasu i odchyla ją. Stąd prosty wniosek, że przepływ prądu elektrycznego wytwarza pole magnetyczne. Ludzie szybko nauczyli się budować elektromagnesy – urządzenia wykorzystujące pole magnetyczne powstające wokół zwojów przewodnika, przez który przepuszcza się prąd elektryczny.
Stało się jasne, że prąd elektryczny wytwarza pole magnetyczne, ale wielu znakomitych uczonych łamało sobie głowy nad znalezieniem odpowiedzi na pytanie, czy nie może istnieć zjawisko odwrotne, to znaczy, czy niemożna zmusić magnesów (lub elektromagnesów), by wytwarzały prąd elektryczny? I co zaskakujące, odpowiedź twierdząca pojawiła się już w 11 lat po odkryciu Oersteda. Jej autorem był jeden z najznamienitszych fizyków wszechczasów, Michał Faraday.
Skromny syn londyńskiego kowala, który od najmłodszych lat musiał zarabiać na swe utrzymanie jako introligator, a później jako laborant znanego chemika Davy'ego, urodził się w 1791 roku, aw 1817 roku rozpoczął samodzielną pracę naukową. Jego upór, pracowitość i geniusz prowadziły go od sukcesu do sukcesu . W 1831 roku udaje mu się odkryć możliwość wytwarzania prądu elektrycznego przez zmieniające się pole magnetyczne, czyli zjawisko indukcji elektromagnetycznej.
Prace Ampère'a, Ohma i Henry'ego stanowiły dopełnienie podstaw teoretycznych, teraz już sprawa wykorzystania elektryczności spoczęła w rękach techników. A ci nie kazali długo czekać. Już w 1833 roku Hipolit Pixli, francuski inżynier, zbudował pierwszą prądnicę, zwaną wówczas dynamomaszyną. Lecz było to jeszcze urządzenie bardzo prymitywne, choć niewątpliwie wskazywało drogę, jak się miało okazać, długą i ciężką, do praktycznego, szerokiego wykorzystania elektyczności.
Na dobrą sprawę, dopiero wynalezienie żarówki przez Edisona w 1879 roku wywołało zapotrzebowanie na energię elektryczną poza murami laboratoriów. A Edison uruchomił pierwszą elektrownię świata przy ulicy Perłowej w Nowym Jorku już w roku 1882. Warto może jeszcze wspomnieć, że pierwszy silnik elektryczny został wynaleziony przypadkowo, gdy w 1873 roku pewien robotnik, pracujący u belgijskiego inżyniera Zenobiusza Gramme'a przez pomyłkę połączył przewodami pracującą prądnicę z inną, która nie została uruchomiona i była odłączona od maszyny parowej. Ku zdumieniu obecnych wirnik tej drugiej prądnicy zaczął się obracać.
Dalsza historia elektrotechniki to przede wszystkim zacięta walka dwóch obozów – zwolenników prądu stałego i prądu zmiennego. Pierwszemu z nich przewodził sam Edison, drugiemu zaś przemysłowiec George Westinghouse (wym. Uestinghaus), wspoerany przez genialnego wynalazcę, Nikolę Teslę. Dziś znamy wynik tych zmagań. Oczywiście Edison przegrał. Prąd zmienny jest znacznie dogodniejszy, daje się transformować i przesyłać na duże odległości. Ma zresztą i inne zalety, których nie będziemy tu przytaczać, bo odwiodłoby nas to od głównego tematu.
Tak więc, od końca XIX wieku głównym zadaniem inżynierów było z jednej strony konstruowanie coraz lepszych, większych i wydajniejszych elektrowni, a z drugiej – ulepszenie odbiorników prądu: silników, żarówek i innych. W zasadzie, do naszych czasów nie dokonano już poważniejszych odkryć, jakkolwiek energia elektryczna niezwykle się rozpowszechniła. Jak świadczy o tym zdarzenie, o którym opowiedziałem na początku, każda nawet najmniejsza przerwa w dopływie prądu dosłownie paraliżuje miasta. Elektrownie muszą pracować stale. Prąd elektryczny jest najdogodniejszym posłańcem przynoszącym energię, uzyskiwaną ze spalania węgla i ropy naftowej, wprost do mieszkań. Nikt już w miastach nie nosi węgla kubełkami, ani też nafty w bańkach. Miliony ludzi w ogóle tych surowców nie widują – tylko palacze dozorujący wielkie paleniska w elektrowniach i górnicy wydobywający te minerały spod ziemi mają z nimi styczność.
Ale też nie ma róży bez kolców. Wielkie elektrownie, które wyrastają jak grzyby po deszczu, czynią nam spore szkody. Po pierwsze, z roku na rok wyrzucają do ziemskiej atmosfery coraz więcej dymu – dwutlenku węgla, trujących związków siarki i azotu, oraz pyłu. Dymiące kominy, które niegdyś były symbolem postępu, dziś raczej stanowią zakałę, której chcielibyśmy się na zawsze pozbyć z powierzchni Ziemi. Ale nie jest to takie proste, o czym zresztą będzie mowa w dalszych rozdziałach.
Po drugie, nikt chyba nie wątpi, że wcześniej czy później paliwa kopalne, węgiel i ropa naftowa, wyczerpią się. Dysponujemy ogromnymi ich zasobami, zwłaszcza Związek Radziecki ma przebogate złoża, które dopiero teraz zaczyna wykorzystywać. Ale też nadejdzie dzień, gdy wykopiemy i wydobędziemy spod Ziemi wszystko, co da się spalić. I co wtedy? Czy ludzkość będzie musiała zrezygnować ze zdobyczy swojej cywilizacji? Czy wrócimy znów do ery kamienia łupanego, tyle że bez żadnej możliwości ponownego rozwoju cywilizacji? Na pewno to nie nastąpi. Mamy w zanadrzu nowe wynalazki, mamy wspaniałe perspektywy i kto wie, czy nawet nie będzie można zrezygnować z pracochłonnego i kosztownego wydobywania paliwa z łupków bitumicznych i piasków smolistych. Może uda się uniknąć tak zwanego odkrywkowego wykopywania węgla z pokładów, które są tak cienkie, że nie opłaca się budować zwykłych kopalni. Te sposoby uzyskiwania paliwa bezpowrotnie nieraz niszczą piękne zakątki naszego globu. Nie widziałem sam nigdy takiej kopalni, posługuję się więc słowami, jakie napisał Charles Gusewelle, naczelny redaktor „Kansas City Star”, jednej z największych gazet amerykańskich, w korespondencji dla tygodnika „Polityka”, o pięknych górach na wschodzie Stanów Zjednoczonych, w których niegdyś kwitło górnictwo, a ich mieszkańcy żyli dostatnio. Później, gdy wyczerpano łatwo dostępne pokłady węgla, stracili oni źródło utrzymania. Teraz z rozpaczą obserwują i przeżywają nową tragedię. A oto jego słowa:
„Ze wszystkich nieszczęść, jakie trapiły tych ludzi, żadne nie było gorsze – lub przynajmniej żadne nie było bardziej oczywiste – niż praktyka górnictwa odkrywkowego. Ponieważ jest ono szybsze i zatrudnia mniej ludzi, górnictwo odkrywkowe jest tańszą metodą wydobywania węgla. Lecz może ono także na zawsze przekształcić w nieużytki krajobraz, który kiedyś był piękny lub produktywny.
Stałem w pewne deszczowe popołudnie na drodze położonej na zboczu góry i patrzyłem poprzez dolinę na górę wznoszącą się po drugiej stronie. Wierzchołek, trzecia część tej góry, był ścięty przez spychacze, tak by odsłoniła się warstwa węgla.
Wszystko co usunięto, zepchnięto na jedną stronę. Spływało to w postaci gigantycznego jęzora błota, o szerokości 600 metrów lub więcej, w dół, w kierunku dna doliny. Wszystko na drodze uległo zniszczeniu – drzewa, cmentarz, domy porzucone przez ludzi, którzy w nich mieszkali.
Scena ta miała ohydny majestat, coś w rodzaju widoku fotografii eksplozji jądrowej. Góra nie była już górą. Dolina się zapełniała. Tu, na oczach świadków działały siły, władne tworzyć fakty, którym będziemy się przypatrywać przez wieczność.
Tego samego popołudnia w domu górnika, u którego mieszkałem, rzecznik przemysłu kopalni odkrywkowych z ekranu telewizora zapewniał z wielką powagą, że jego przemysł zwraca uwagę, by nie przynieść szkody środowisku naturalnemu. Ludzie z gór mogą być słabo wykształceni, lecz mają oczy do patrzenia i rozsądek, by wykryć kłamstwo, gdy je usłyszą. Górnictwo odkrywkowe, jak świetnie o tym wiedzą, ma swój udział w odarciu ich ze środków do życia. A teraz pustoszy naturalne piękno, które jest ostatnim skarbem ich okolicy”.
Przerażąjąca to zaiste wizja. Miejmy nadzieję, że uda nam się znaleźć rozwiązanie mogące zaspokoić wzrastające apetyty ludzi, którzy potrzebują coraz więcej energii, a równocześnie nie zniszczyć Ziemi, bez której nie będziemy mogli przeżyć. Całe szczęście, że już teraz zarysowują się realne perspektywy ratunku.
Alchemia XX wieku
W sierpniu 1945 roku, gdy Europa przystępowała do usuwania straszliwych zniszczeń pożogi wojennej, świat jeszcze nie całkiem się uspokoił. Trwała zacięta walka na przeciwległej stronie globu – japońscy imperialiści ciągle nie wierzyli w swą przegraną i fanatycznie bronili nawet najmniejszych skrawków zagarniętej przez siebie ziemi. Co prawda stracili już Okinawę i większość innych baz, ale zapowiadali walkę do ostatniej kropli krwi o swe wyspy. Czyżby miała się odbyć jeszcze jedna inwazja aliantów, z morza na uzbrojone po zęby wyspy? Czy znów miałyby polec dziesiątki tysięcy żołnierzy po obu walczących stronach? Tak sądzono aż do 6 sierpnia.
Tego dnia nastąpił wybuch! O świcie nad japońskie miasto Hiroszima nadleciał pojedyńczy samolot amerykański i zrzucił jedyną bombę na spadochronie, po czym całą mocą silników odleciał od miejsca, które miało przejść do historii świata, zapisując jej najczarniejsze karty. Nie wiemy i nigdy się nie dowiemy, czy spieszący do swych zajęć Japończycy w śródmieściu Hiroszimy patrzyli na ową bombę z zaciekawieniem, czy z lękiem. W potwornym wybuchu zginęło niemal 100 tysięcy ludzi, niektórzy z nich wciągu ułamka sekundy wyparowali bez śladu. Po niewielu zostały cienie na ścianach rozwalonych domów. W pogorzeliskach znaleziono jeszcze 40 tysięcy rannych, a samo miasto właściwie przestało istnieć.
Nawet po upływie kilku godzin wysłany samolot zwiadowczy nie mógł nic dostrzec w ogromnej chmurze dymu i pyłu osłaniającej ruiny miasta, które jeszcze rankiem tego dnia liczyło 300 tysięcy mieszkańców. Wszystkie radiostacje alianckie z triumfem doniosły w komunikatach o użyciu nowej straszliwej broni – bomby atomowej. W kilka dni poźniej identyczna tragedia wydarzyła się w innym mieście japońskim – Nagasaki. Niewątpliwie ta potworna, przerażająca wręcz demonstracja siły drzemiącej w atomie przyspieszyła zakończenie wojny, uratowała życie wielu żołnierzy alianckich, lecz nikt jeszce sobie wówczas nie zdawał sprawy, za jaką cenę.
Nikt chyba nie przypuszczał, że lista niewinnych ofiar demonstracji potęgi militarnej Stanów Zjednoczonych wydłuży się tak bardzo. Do dziś, co roku umiera kilkadziesiąt osób, nawet dzieci i wnuków tych, którzy znajdowali się w pobliżu miejsca tragedii. Mordercze promieniowanie jądrowe poczyniło śmiertelne spustoszenia w organizmach poddanych jego działaniu ludzi, spustoszenia, które przenoszą się z pokolenia na pokolenie i zbierają smutne żniwo, jak straszna klątwa bogów.
Ale przenieśmy się z dotkniętego tragedią miasta do zacisznej już wówczas i po dawnemu spokojnej Anglii. 6 sierpnia 1945 roku w wiejskiej posiadłości Farm Hall w pobliżu Huntington przebywało dziesięciu niecodziennych jeńców wojennych – internowanych niemieckich uczonych. Jednym z nich był chemik, profesor Otto Hann, człowiek, o którym można bez przesady powiedzieć, że pierwszy wskazał drogę wykorzystania energii ukrytej w maleńkim atomie uranu.
Już na wiele lat wcześniej, w pewnym artykule, wydrukowanym w 1904 roku słynny lord Ernest Rutherford wspominał o tym, że „z maleńkich porcji materii można by było otrzymać ogromne ilości energii”. Ten sam uczony w28 lat później nazwał te możliwości „księżycową poświatą”. Ale też zaledwie 6 lat po tym pesymistycznym twierdzeniu Rutherforda Otto Hahn wraz ze swym współpracownikiem Fritzem Strassmannem odkryli w Instytucie Cesarza Wilhelma w Berlinie, że ciężki radioaktywny uran bombardowany cząstkami elementarnymi – neutronami rozpada się na jądra znacznie mniejsze, między innymi baru. Odkrycie chemików dokładnie wyjaśnili fizycy Liza Meitner i Otto Frish, a gdy kilka grup uczonych niemal równocześnie wykryło, że przy tym rozpadzie, jakby pękaniu jąder uranu, wytwarza się więcej niż jeden neutron, stało się jasne, iż kwestia zbudowania bomby atomowej to już właściwie zadanie dla techników. Jeśli bowiem w rozpadzie jądra powstaje kilka neutronów, mogą one wywołać kilka dalszych rozpadów i po ułamku sekundy rozpadają się niemal wszystkie jądra atomów tworzących bryłkę uranu. Nazywamy to reakcją łańcuchową (lawinową).
Nadszedł rok 1939. Na miesiąc przed wybuchem II wojny światowej genialny fizyk Albert Einstein napisał list do prezydenta Stanów Zjednoczonych Roosevelta, zawiadamiając, że uran może stanowić najpotężniejszy ze znanych materiałów wybuchowych. Ale aż do roku 1942 nic się w tej sprawie nie stało nowego. Wtedy to różnymi tajnymi kanałami dotarły do aliantów wiadomości, że uczeni niemieccy, którzy pozostali w hitlerowskich Niemczech, nie tylko pracują nad budową bomby atomowej, ale nawet mają już pewne wyniki. Niedwuznacznie świadczyło o tym ich zainteresowanie zapasami rudy uranu, które zdobyli w Belgii oraz fabryka tak zwanej ciężkiej wody w Norwegii.
Obawy aliantów były przesadzone. Skłóceni między sobą uczeni niemieccy, nie mający żadnego rzetelnego planu badań, od roku 1942 aż do końca wojny nie poczynili poważniejszych postępów. Zresztą nie ma sensu opowiadać dokładnie o ich perypetiach. Każdego, kto chciałby się dowiedzieć więcej na ten temat, odsyłam do fascynującej książki Davida Irvinga Kryptonim Virushaus, której kilka już wydań wydrukowało Wydawnictwo „Książka i Wiedza”.
Ważne jest jednak to, że obawa przed straszliwą bronią w rękach szaleńca i zbrodniarza Hitlera (który nawiasem mówiąc wcale nie wiedział o jej możliwościach) zmusiła aliantów do ogromnego wysiłku. W najgłębszej tajemnicy zbudowano ośrodek badawczy w Los Alamos, dziesiątki tysięcy ludzi pracowało w różnych fabrykach nie wiedząc, co produkują. Po trzech latach działania tak zwanego Projektu Manhattan, w którym brały udział najtęższe umysły owych czasów, uczeni wielu narodowości, nadeszła wreszcie chwila decydującej próby. 16 lipca 1945 roku pustynią Alamogordo wstrząsnęła pierwsza eksplozja jądrowa. W powietrze wzbił się pierwszy z grzybów atomowych, a wkrótce po nim podobne chmury spowiły Hiroszimę i Nagasaki.
Dziś panuje powszechna opinia, że ten drugi niszczycielski atak nuklearny w historii (i jak na razie, na szczęście ostatni) miał stanowić pokaz siły Stanów Zjednoczonych, służyć zastraszeniu reszty świata, wpajając przekonanie, że bomb tych arsenał USA zawiera bez liku. Nikt nie zdawał sobie sprawy, że to tylko fikcja. W istocie potrzeba by było znów miesięcy na budowę nowych bomb – pierwszych w dziejach środków masowej zagłady. Szantaż atomowy, jak się o tym mówiło głośno, był skierowany przeciwko Japonii, jednakże w podtekście miał wymowę inną – szło o przekonanie wyniszczonego wojną Związku Radzieckiego, że Stany Zjednoczone są na pewno największą potęgą militarną i trzeba im podporządkować swą politykę bezwarunkowo.
Nawet w najśmielszych marzeniach, a raczej trzeba powiedzieć obawach, prywódcy Stanów Zjednoczonych nie dopuszczali do siebie myśli, że ktoś jeszcze mógłby pokusić się o próby zbudowania podobnie skomplikowanej i kosztownej broni, jaką jest bomba atomowa. Przecież mieli w swym ręku nie tylko ludzi, którzy ją skonstruowali, ale utrzymywali wszelkie szczegóły techniczne w najgłębszej tajemnicy, a nadto podstępem przechwycili z cudzych sfer okupacyjnych w rozgromionej III Rzeszy naukowców, przyrządy i zapasy uranu. Nic więc dziwnego, że pierwsza eksplozja bomby jądrowej w Związku Radzieckim stanowiła kompletne zaskoczenie, któer można porównać chyba tylko z reakcją na wystrzelenie pierwszego sztucznego satelity Ziemi. A eksplozja ta miała miejsce już w 1949 roku. To się po prostu nikomu nie mieściło w głowie.
Jednakże w Związku Radzieckim działali nie gorsi fizycy i technicy niż ci zaangażowani w Projekcie Manhattan. Mieli oni nadto w ręku atut pewności, iż wykorzystanie energii drzemiącej w jąrdze atomu uranu jest możliwe. A pewność to przecież połowa sukcesu. Wstrząśnięci zwolennicy zimnej wojny i wyścigu zbrojeń nastawili się na budowanie coraz większej liczby coraz potężniejszych bomb. Cóż, potrząsanie szablą ma tylko wtedy urok, gdy przeciwnik jest uzbrojony słabiej. Tymczasem w Związku Radzieckim prowadzono planowe badania i prace konstrukcyjne w celu praktycznego wykorzystania energii jądrowej do celów pokojowych.
Ku temu samemu nawoływali uczeni na Zachodzie. Listy, petycje i artykuły w prasie, podpisywane nazwiskami najznamienitszych naukowców, wskazywały na celowość i korzyści płynące z wyleczenia się z histerii zbrojeniowej. Roztaczano wspaniałe wizje elektrowni, które każdy mógłby mieć we własnym domu – trzeba by tylko wrzucić do nich raz na rok małą grudkę uranu i wszelkie kłopoty z zaopatrzeniem urządzeń domowych w energię byłyby na zawsze poza nami. Jednak fundusze przeznaczone na te cele były skromne, większość sum pochłaniały prace nad skonstruowaniem lepszych rodzajów broni.
Tymczasem konsekwentna polityka Związku Radzieckiego przyniosła rezultaty i kolejne zaskoczenie dla Zachodu. Już 27 czerwca 1954 roku w Obnińsku popłynął prąd elektryczny z pierwszej na świecie elektrowni atomowej. Równo rok później na sesji Akademii Nauk ZSRR wobec licznie zaproszonych naukowców zagranicznych uczeni radzieccy mogli się poszczycić swoimi osiągnięciami. Zwiedzający elektrownię w Obnińsku uczeni zdołali przekonać swoje rządy, iż zamiast skrzętnie skrywać swe osiągnięcia, należy współpracować ze Związkiem Radzieckim. Na zwołanej niewiele później w Genewie konferencji szefów rządów czterech wielkich mocarstw lody zostały przełamane. A już w sierpniu 1955 roku, również w Genewie spotkali się przedstawiciele aż 66 państw, by obradować nad możliwościami pokojowego wykorzystania energii jądrowej. W rok później powstała w Wiedniu Międzynarodowa Agencja Energii Atomowej, organizacja służąca szerokiej wymianie informacji naukowych i technicznych. Dziś liczba państw-członków tej organizacji znacznie przekroczyła setkę.
W cztery lata po elektrowni w Obnińsku ruszyła nowa, największa wówczas na świecie, w Troisku. A rok później spłynął na wodę lodołamacz Lenin – pierwszy statek (nie mający zastosowania wojskowego) o napędzie atomowym. Pokojowe wykorzystanie energii jądrowej stało się faktem. Od tej pory na całym świecie wyrastają jak grzyby po deszczu coraz potężniejsze elektrownie jądrowe. Równocześnie prowadzone przez wszystkie niemal państwa poszukiwania rud uranu przynoszą coraz lepsze wyniki. Okazało się, że dysponujemy dużymi zasobami tego ciężkiego i jakże pożytecznego metalu.Znaleźć go można na niemal wszystkich kontynentach, pod najróżniejszymi szerokościami geograficznymi. Prócz znanych od lat złóż w Czechosłowacji czy Kongo, pokaźne zasoby mają ZSRR, USA, Brazylia, a nawet mało znany kraj afrykański Gabon.
To właśnie wGabonie przed paroma laty dokonano fascynującego odkrycia. Wydobywaną tam rudę kupowała wówczas Francja, by po odpowiedniej przeróbce wykorzystać w swych bombach i reaktorach. I oto pewnego dnia okazało się, że dostarczony transport rudy jest znacznie gorszy niż zwykle. Zaś jakość rudy zależy po prostu od zawartości w niej lżejszego izotopu uranu, oznaczonego 235, w odróżnieniu od bardziej rozpowszechnionego i bezużytecznego izotopu 238. Atom uranu 235 trafiony przez wolno biegnący neutron pęka i rozpada się na lżejsze pierwiastki, przy czym wydziela się sporo energii i kilka neutronów, które mogą wywołać podobne pękanie dalszych atomów, ale tylko takich samych. Jeśli powolny neutron trafi w jądro atomu uranu 238, jest bezpowrotnie stracony, oczywiście z punktu widzenia uzyskania energii.
Zarówno gwałtownie, wybuchowo przebiegająca reakcja w bombie atomowej, jak i powolna, kierowana reakcja w reaktorze wykorzystywanym, na przykład, do podgrzewania wody, której para uruchamia turbinę elektrowni atomowej, wymagają stosowania uranu złożonego przynajmniej w kilku procentach z „dobrych” atomów uranu 235. Ale wszystkie rudy zawierają ich zaledwie 0,7 procenta, to znaczy jeden atom „dobry” na 140 „złych”. Trzeba więc uzyskiwany uran naturalny, jak to nazywają specjaliści, wzbogacać w lżejszy izotop. Była to bodaj najpoważniejsza w swoim czasie przeszkoda w wykorzystaniu energii jądrowej. Dziś potrafimy ją przezwyciężać skutecznie i tanio.
Lecz wróćmy do kopalni w Gabonie. Cóż mogło oznaczać, że w pewnej części złoża znaleziono mniejszą zawartość uranu 235 niż we wszystkich innych miejscach? Po długich debatach uczeni doszli do wniosku, że w tym właśnie miejscu przed miliardami lat powstał pierwszy na Ziemi naturalny reaktor jądrowy. Lekkiego izotopu jest dlatego mniej, że się po prostu „wypalił”. Co prawda, nie służyło to niczemu i nikomu, ale zawsze Natura, jak to się z reguły dzieje, wyprzedziła nas i sama z siebie zbudowała coś, co (oczywiście w ulepszonej postaci) jest chlubą naszych czasów. Ale też nie ma się czemu dziwić. Jeśli mógł powstać twór równie skomplikowany jak człowiek, czemu na ziemi nie miałby zjawić się wcześniej jeszcze reaktor jądrowy?
Ludzie z zapałem budowali coraz większe reaktory, zasilając coraz większe elektrownie. Pod koniec lat pięćdziesiątych wydawało się, że wszystko nagle stało się proste i nieskomplikowane. Autorzy opowiadań i powieści fantastyczno-naukowych prześcigali się wprost w tworzeniu coraz piękniejszych wizji przyszłości naszej cywilizacji. Wydawało się, że opanowanie energii jądrowej otworzy przed ludzkością bramy raju. Dysponowanie tak potężnym narzędziem miało umożliwić zmiany klimatu, loty kosmiczne do innych układów gwiezdnych i w ogóle całkowicie zmienić nasze życie w ciągu kilku lat.
Ale z roku na rok pojawiały się coraz to nowe rozczarowania, sukcs jest wciąż jeszcze przed nami. Musimy to sobie szczerze powiedzieć. Bezustannie mijają kolejne daty ustalonego przez futurologów niedwołalnego konca paliw kopalnych jako źródła energii i nadejście chwili, gdy „... za jednym pociągnięciem znikną wszystkie nasze skomplikowane urządzenia do transportu węgla, a wraz z nimi ryczące piece, poczerniałe twarze palaczy i cały ten zakopcony sprzęt, kryjący się pod nazwą maszyna parowa”... - jak pisano już w roku 1911 w poczytnym piśmie „Scientific American”. Dziś wiemy z całą pewnością, że owo „jedno pociągnięcie” składa się z szeregu małych kroków, że atom nie niesie wyłącznie dobrodziejstw, lecz także pokaźne niebezpieczeństwa; co tu dużo ukrywać, jego opanowanie jest znacznie trudniejsze niż budowa maszyny parowej, a i ta nieskomplikowana konstrukcja zajęła ludziom sporo czasu. Zresztą, może trochę przesadzam w swym pesymizmie, przecież postęp jest zauważalny, a wiara w potęgę ludzkiego umysłu to jedyne nasze wyjście...
Pomówmy jednak o kłopotach ludzi zajmujących się energią jądrową. Najważniejszą chyba sprawą jest stałe zagrożenie niezwykle groźnym promieniowaniem alfa, beta i gamma. Ten cichy wróg, niedostrzegalny i niewyczuwalny dla naszych zmysłów, zebrał już bogaty plon ofiar w Hiroszimie i Nagasaki; jak już wspomniałem, lista ofiar nie została jeszcze zamknięta do dziś. Zginęło też wielu nieostrożnych badaczy, którzy nie zdawali sobie sprawy z niebezpieczeństwa przebywania na co dzień w zasięgu groźnych promieni. Jak powiedział jeden z uczonych badający jeszcze przed wojną różne zjawiska związane z promieniotwórczością: „gdyby obecne przepisy bezpieczeństwa obowiązywały wówczas, nie dokonalibyśmy żadnego z naszych odkryć”. To chyba prawda, lecz nie tylko o uczonych idzie.
Jose Garcia, mimo iż jego nazwisko wskazywałoby raczej na Madryt czy Sewillę, na stałe mieszka we Francji. Jest właścicielem pralni chemicznej i nigdy byśmy o nim nie wspominali, gdyby nie wybudował w 1964 roku dla siebie i swej rodziny willi w Gif-sur- Yvette – eleganckim przedmieściu Paryża. Po dziesięciu latach pan Garcia usłyszał plotkę, którą w pierwszej chwili uznał za złośliwość, zazdrość, wreszcie żart. Ktoś „życzliwy” powiedział mu, że dziwi się, iż zechciał zamieszkać w sąsiedztwie miejsca, w którym przed laty znajdowało się jedno z pierwszych francuskich laboratoriów prowadzących badania nad radem i innymi substancjami radioaktywnymi. Jednak to co brał za złośliwość okazało się prawdą – istotnie, jeszcze w przededniu II wojny światowej, jeden z kolegów Marii Skłodowskiej-Curie miał swe laboratorium o dwa kroki od jego domu.
Samo istnienie laboratorium jeszcze o niczym nie świadczy. Garcia sprowadził znajomego z licznikiem Geigera. Licznik tykał jak oszalały, terkotał tak, że pobladły z przerażenia właściciel pralni rzucił sie do telefonu, by wezwać na pomoc kogo się dało: i policję, i strażaków, i pogotowie.
Z niemałym trudem ustalono wreszcie całą prawdę. Z trudem, bowiem zarówno właściciel laboratorium, jak i jego współpracownicy nie żyją już od dawna. Umarli niedługo po zlikwidowaniu laboratorium, bo w czasie pracy z niebezpiecznymi substancjami nie przestrzegali elementarnych zasad ostrożności – otrzymali zbyt wielką dawkę śmiercionośnych promieni. Natomiast w czasie likwidacji swego laboratorium mieli pewien kłopot. Zostało im parę ton różnych resztek badanych substancji. Niewiele myśląc wyrzucili je na śmietnik i żeby zostawić wszystko w jak najlepszym porządku, przysypali piaskiem.
Dokładnie na miejscu starego śmietnika ćwierć wieku później Jose Garcia zbudował sój dom. Przez cały miesiąc lekarze pobierali próbki krwi państwa Garcia i ich dwojga dzieci. I co się okazało? Skrupulatne badania wykazały, że długotrwałe działanie promieniowania laboratoryjnego śmietnika nie uczyniło im żadnej szkody. Nam wypada się tylko dziwić i zazdrościć szczęścia ludziom, którzy według wszelkiego prawdopodobieństwa powinni już w tej chwili być śmiertelnie chorzy.
W całej tej przykrej sprawie najbardziej ucierpiały nerwy państwa Garcia, którzy przez cały miesiąc czuli się skazani na śmierć. Specjalna ekipa robotników załadowała do setek, a może tysięcy beczek masy ziemi z trawnika, zerwano podłogę w piwnicy i garażu, by dotrzeć do skażonej ziemi pod domem. Wszystko zostało wywiezione tam, gdzie powinno się znajdować już 35 lat wcześniej. Oczywiście wszelkie koszty poniosła rządowa agencja zajmująca się zabezpieczeniem przed radioaktywnością. Tymczasem rozpoczęto gorączkowe poszukiwania dalszych śmietników po nie istniejących już laboratoriach. Znaleziono, jak mi wiadomo, przynajmniej jeden, w miejscowości Bandol na Rivierze.
Historia ta poważnie zaniepokoiła Francuzów, tym bardziej, że geolodzy wykryli w różnych miejscach kraju zbyt wysoką promieniotwórczość wody. Trudno się dziwić, że w tej sytuacji gwałtownie zmniejszyła się liczba zwolenników rządowego programu budowy 50 nowych elektrowni atomowych. Sam Garcia zapytany przez dziennikarzy, co sądzi o swej przygodzie, odparł: „Czegoś takiego po prostu nie można sobie wyobrazić. A zawsze miałem zaufanie do naukowców...” Nie łudźmy się jednak, że niebezpieczeństwo groziło tylko jemu i już zostało zażegnane.
W ciągu 25 lat, jakie minęły od Hiroszimy, zanotowano oficjalnie 358 wybuchów jądrowych w atmosferze. Każdy z nich wprowadzał do atmosfery ogromne ilości radioaktywnych pierwiastków. Trudno wyliczyć niebezpieczeństwa, jakie sprowadzało to na ludzi, na wszystkich dosłownie mieszkańców naszego globu. Wreszcie w sierpniu 1963 roku, z inicjatywy rządu Związku Radzieckiego podpisano układ o zakazie prób atomowych w atmosferze, pod wodą i na ziemi – bomby mogą eksplodować tylko głęboko pod ziemią. Oczywiście, podpisali go nie wszyscy, na przykład Chiny i Francja prowadzą te igraszki z ludzkim życiem i zdrowiem do dziś.
Elektrownię jądrową, a właściwie jej reaktor, trudno porównywać z bombą atomową. Ale i w niej znajduje się radioaktywny uran lub pluton i w czasie pracy tego urządzenia, jak zapewniają nas specjaliści, pewne drobne ilości groźnych substancji wydobywają się na zewnątrz, potęgując i tak dużą ich zawartość w naszym środowisku. Oczywiście są one drobne w przypadku normalnej pracy, bez awarii. Gdyby wybuchł reaktor, po prostu trudno sobie wyobrazić rozmiary szkód, głównie wśród istot żywych.
Paliwo używane w reaktorach jądrowych, czyli pręty uranowe, po wykorzystaniu zawartego w nich uranu 235 stają się właściwie bezużyteczne, a kłopotów z nimi co niemiara. Zawierają one substancje radiaktywne, niezwykle niebezpieczne i na dobrą sprawę nie wiadomo, co z nimi począć. Najpierw zakopywano je w ziemi, w odosobnionych i ogrodzonych miejscach. Ale woda przepływająca przez glebę wypłukiwała z nich niebezpieczne substancje. Odpady zamykano w stalowych beczkach – rozgrzewały się one tak silnie, że trzeba było dobudowywać do nich niezwykle skomplikowane urządzenia chłodzące. Później Amerykanie zatapiali statki z tymi beczkami w oceanie. Ale któż zaręczy, że beczki nie rozpadną się, a cała ich zawartość nie trafi do wody? Pewne z pierwiastków radioaktywnych są groźne przez tysiące lat, smutne więc dziedzictwo pozostawiamy naszym potomkom, którym chyba nie ma czego zazdrościć. Tym bardziej, że gromadzą się one najpierw w drobnych żyjątkach morskich, później w rybach i w znacznie zwiększonym stężeniu trafiają wreszcie do naszych żołądków.
Najlepszy z dotychczasowych realnych pomysłów to zatapianie odpadów w szklane lub betonowe kule i umieszczanie ich w podziemnych pieczarach, w wyeksploatowanych kopalniach soli. Tam, gdzie zbierała się sól, nie przepływa woda, owe śmiercionośne „zbiory” łatwo kontrolować i nie ma obaw, że wejdzie tam ktoś niepowołany, przez pomyłkę lub z ciekawości, która mogłaby go zbyt wiele kosztować.
Istnieje jeszcze jeden pomysł pozbawienia się zbędnych i szkodliwych dla wszystkiego co żyje, odpadów promieniotwórczych. Jest to projekt idealny (Idealny? Szalony! - uwaga przepisującego książkę A.S.), choć jak na razie dość kosztowny. Ktoś, przyznaję uczciwie, że nie wiem kto, zaproponował, by wszystkie te śmieci ładować do rakiet i wystrzeliwać je w kierunku Słońca. W gigantycznym kotle naszej najbliższej gwiazdy nawet cała Ziemia zginęłaby bez śladu, a cóż dopiero te trochę substancji radioaktywnych. Niestety, zastosowanie tego pomysłu pochłonęłoby wiele energii i cennych materiałów.
Elektrownie jądrowe na dobrą sprawę niewiele różnią się od zwykłych, tak zwanych cieplnyh, w których spalany węgiel lub nafta wytwarzają parę, a ta z kolei porusza tuurbiny obracające generatory produkujące prąd elektryczny. Po prostu palenisko zastępuje się w nich reaktorem jądrowym. Każdy, kto widział zwykłą elektrownię, musiał zauważyć, że wypływa z niej prawdziwa rzeka wrzącej wody, której nie można ot tak po prostu gdzieś wylać. Z tego powodu elektrownie buduje się najczęściej nad brzegami rzek czy dużych jezior, a jeśli jest to niemożliwe, wówczas obok kominów i hal z kotłami, turbinami i generatorami wyrastają potężne chłodnie, tak zwane kominowe, w których woda oddaje ciepło powietrzu. Jeśli elektrownia znajduje się w mieście lub na jego peryferiach, wówczas gorącą wodę kieruje się rurami do mieszkań, gdzie zostaje wykorzystane do ogrzewania czy do kąpieli.
Ten sposób, jak nigdzie indziej, jest rozpowszechniony w Polsce. Większość domów w miastach jest zaopatrywana w goracą wodę właśnie z elektrociepłowni. Świadczy to nie tylko o naszej gospodarności – wykorzystujemy maksymalnie ciepło uzyskane ze spalania wegla – lecz także odsuwa od nas niebezpieczeństwo tak zwanego cieplnego skażenia środowiska naturalnego. Gdy masy gorącej wody wlewają się bezustannie do rzeki, jeziora czy oceanu, temperatura rośnie tam w sposób zauważalny. Zasadniczo zmeniają się wówczas warunki życi różnych roślin, ryb, drobnych żyjątek i innych zwierząt. Pewne z nich giną, inne się wynoszą, a jeszcze inne plenią się nadmiernie. Tego powinniśmy się wystrzegać. Wiemy na tylo mało o współdziałaniu wszelkich żywych istot, mieszkańców Ziemi, że lekkomyślność może przynieść nam poważne kłopoty. Zachwianie równowagi w przyrodzie może szybko sprowadzić na ns straszliwe klęski żywiołowe, z których najgroźniejsze – to brak tlenu lub zmiana klimatu.
Czy ludzie moga sobie pozwolić na taką lekkomyślność? Myślę, że nie, lecz dotychczas nikt nie wpadł na pomysł, w jaki sposób moglibyśmy tego uniknąć. Same ostrzeżenia nie na wiele nam się przydadzą, trzeba myśleć i działać. A elektrownie jądrowe są jeszcze jak dotąd znacznie mniej wydajne niż cieplne. Znaczy to, że oddają do otoczenia dużo więcej ciepła zawartego w gorącej wodzie.
Ciekawy system chłodzenia wody zbudowano niedawno na Florydzie, w miejscu położonym o około 40 kilometrów na południe od Miami. Istnieje tam wielki kompleks elektrowni, w sumie jest ich cztery – dwie zwykłe i dwie jądrowe. Do chłodzenia wody wykorzystywano przez pewien czas Ocean Atlantycki – przez potężne rury spływała do niego gorąca woda. Wkrótce działacze ochrony środowiska, biolodzy, zauważyli, że temperatura wód przybrzeżnych zaczyna latem przekraczać 32o C, co stanowi granicę wytrzymałości różnych traw morskich, alg i stworzeń zamieszkujących wody przybrzeżne. Budowa wież chłodniczych była zbyt kosztowna – okolice te często nawiedzają huragany – trzeba by ich konstrukcję specjalnie wzmacniać. Zbudowano więc sieć kanałów o szerokości 60 metrów, głębokości 1 metra i mających w sumie długość 270 kilometrów. Woda przepływająca wolno przez te kanały ochładza się, a życiu w oceanie już nic nie zagraża, oczywiście ze strony elektrowni.
Oceany można też wykorzystywać, lecz ze wspomnianych wyżej względów nie przy brzegu. Tak narodził się projekt pływającego reaktora, zakotwiczonego o kilkanaście kilometrów od wybrzeża. Prąd elektryczny wytwarzany w takiej elektrowni przesyła się na brzeg przy użyciu kabla podmorskiego, a ludzie i potrzebne zaopatrzenie docierają z brzegu motorówką lub helikopterem. Projekt ten ma jeszcze jedną zaletę – estetyczną. Kadłub elektrowni wykonany z betonu zanurzony jest dość głęboko w wodzie, podobnie jak góra lodowa. Nad wodę wystaje tylko nieznaczna część kolosalnej bryły elektrowni, którą na lądzie widać by było z daleka, a nie jest to widok zachwycający.
Czy reaktory atomowe w elektrowniach jądrowych są bezpieczne? Oto pytanie, które trapi wielu ludzi na całym świecie. Każdy przecież pamięta Hiroszimę, nikt nie chciałby podzielić losu jej mieszkańców, a coraz więcej ludzi zyskuje niezbyt miłe sąsiedztwo kolosa z żelbetonu i stali, w którego wnętrzu znajduje się z reguły ładnych parę ton groźnego uranu.
Specjaliści, zwłaszcza ci, którzy reaktory budują, stanowczo twierdzą, że jest to najbezpieczniejsze urządzenie ze wszystkiego co stworzyły ręce ludzkie. Na dowód chętnie pokazują tabele z wyliczeniem, ile osób ginie w wypadkach samochodowych, samolotowych czy katastrofach statków – żaden reaktor natomiast jeszcze nie wyleciał w powietrze. Przyznają, że czasem przedostanie się do otoczenia trochę substancji radioaktywnych, ale przecież są to ilości tak nieznaczne, że właściwie nie ma o czym mówić. Już więcej ludzi zginęło od wybuchów zwykłych kotów parowych! To prawda, lecz w tej chwili istnieje na Ziemi zaledwie około 300 elektrowni jądrowych. Jest to ilość znikoma, a i tak już wiele razy byliśmy o krok od katastrofy. A oto jeden z przykładów.
W południe 22 marca 1975 roku opodal miasta Decatur w Alabamie w Stanach Zjednoczonych dwu techników sprawdzałoszczelnośćkmory zawierającej reaktor i urządzenia pomocnicze. Tę ważną czynność wykonywano codziennie, by uchronić się przed wszelkimi przeciekami powietrza z wnętrza komory, które mogłoby zawierać substancje radioaktywne. Sprawdzanie wygląda co prawda na pozór śmiesznie, lecz jest skuteczne. Po prostu jeden z ludzi trzyma w ręku zapaloną świecę (tak, tak, zwykłą świecę), której płomień w przypadku najlżejszego nawet podmuchu zaczyna migotać lub odchyla się.
Obaj technicy bacznie obserwowali płomyk, gdy ten naraz silnie się odchylił. Przy dokładnym obejrzeniu ściany okazało się, że istotnie w jakiś sposób powstał dość duży otwór w miejscu, w którym z komory wychodził gruby pęk około 2000 kabli łączących urządzenia sterujące reaktora ze znajdującą się powyżej sterownią. Pracownicy zatkali go dwoma kawałkami pianki poliuretanowej i zbliżyli znów świecę, by sprawdzić skuteczność prowizorycznego korka. Korek nie był doskonały – silny ciąg powietrza wessał płomień, od którego błyskawicznie zajęła się ogniem pianka poliuretanowa. Próby stłumienia ognia szmatami nie powiodły się. Nie poskutkowały również gaśnice. Gdy użyto już trzy znajdujące się w tym pomieszczeniu, jeden z mimowolnych podpalaczy pobiegł szukać następnych.
Nikomu nie przychodziło do głowy, by wezwać strażaków. Powód wydawał się zbyt błahy. Wreszcie jeden ze strażaków znajdujący się w sąsiednim pomieszczeniu postanowił zatelefonować po straż pożarną, ale w podnieceniu zapomniał numeru telefonu. Upłynęło czternaście długich minut, kable paliły się jak smolna szczapa, zabrzmiał wreszcie sygnał alarmowy, ale przez następne sześć minut sytuacja się nie zmieniła.
W sterowni inzynierowie nawet nie podejrzewali, że dosłownie pali im się pod stopami. I wtedy, 50 minut od początku katastrofy, zatrzymały się pompy tłoczące ciecz chłodzącą reaktor. Sterujący reaktorem błyskawicznie włączył urządzenie wsuwające pręty powstrzymujące reakcję jądrową, czyli innymi słowy wyłączył reaktor. Ale nawet w tym stanie w reaktorze wydziela się ciepło w ilości dostatecznej do stopienia paliwa. To już nie przelewki – stopienie się paliwa, czyli prętów uranowych, oznacza zniszczenie reaktora i zatrucie całej okolicy radioaktywnymi gazami. Jedynie napełnienie naczynia reaktora wodą może uchronić tysiące ludzi w całej okolicy od śmiertelnego niebezpieczeństwa. W zwykłych warunkach wystarczy nacisnąć guzik włączający pompy, które szybko przetaczają wodę z sąsiadujących z reaktorem zbiorników zabezpieczających.
Tym razem jednak naciśnięcie guzika nie zdało się na nic. Pożar rozprzestrzenił się tak szybko, ze zdążył już odciąć dopływ prądu elektrycznego do pomp. Używając najdziwniejszych sposobów ufało się zalać reaktor wodą – pożar zaś wygaszono dopiero po siedmiu godzinach. I pomyśleć tylko, że mała świeczka, wynalazek starożytnych Rzymian, poważnie zniszczyła elektrownię atomową, a o mało co nie spowodowałą groźnego wybuchu. Ale takie paradoksy zdarzają się w naszych czasach często, choćby pzypomnijmy ptaki, które wpadając do silników największych samolotów, zmuszają je do przymusowego lądowania, nieraz połączonego z karastrofą.
Komisja, która badała przyczyny i skutki tego wypadku, wyliczyła aż jedenaście najróżniejszych zaniedbań, zarówno w konstrukcji reaktora, jak i wyszkoleniu personelu. Na przykład, mało kto znał instrukcje przeciwpożarowe i wiedział, jak należy się posługiwać systemem alarmowym. A już samo przytykanie płonącej świecy do łatwopalnej pianki poliuretanowej zasługuje chyba tylko na popukanie się palcem w czoło. Jednak wszystko dobre, co się dobrze kończy, katastrofa mogła mieć znacznie groźniejsze skutki. A tak – tylko przyczyni się do poprawy warunków bezpieczeństwa. William Anders, były kosmonauta, który obecnie zajmuje stanowisko przewodniczącego Komitetu do spraw Przepisów Bezpieczeństwa Jądrowego zapowiedział surową inspekcję wszystkich 56 elektrowni atomowych, które w owym czasie działay w Stanach Zjednoczonych.
Z bezpieczeństwem reaktorów nie może być aż tak dobrze, jak twierdzą ich konstruktorzy i właściciele, jeżeli po oświadczeniu Andresa wpływowi przedstawiciele tej dziedziny przemysłu używali wszelkich sposobów, łącznie z naciskiem na prezydenta Geralda Forda, żadając zwolnienia byłego kosmonauty ze stanowiska. Na szczęście nic z ich zabiegów nie wyszło, co stanowi pewną nadzieję, że wszelkie uchybienia zostną usunięte i w przyszłości również i elektrownie jądrowe pozostaną najbezpieczniejszym miejscem pracy – do dziś bowiem nie zdarzył się jeszcze ani jeden śmiertelny wypadek w elektrowni jądrowej. A czy elektrownie te nie będą w przyszłości zagrożeniem dla pokoju i bezpieczeństwa na świecie, to już całkiem inne zagadnienie. I bynajmniej nie błahe, na co istnieje sporo dowodów. Oto one.
Za dwadzieścia lat różne mniejsze i większe państwa będą dysponowały ilością materiału rozszczepialnego, czyli uranu i plutonu, wystarczającą do zbudowania 20 tysięcy bomb atomowych. Taką opinię wygłosił dr Fred Ikle (wym. Ajkl), szef delegacji amerykańskiej na ostatniej konferencji rozbrojeniowej w Genewie. Nie od rzeczy będzie wspomnieć, że obradująca wiosną 1975 roku konferencja zgromadziła przedstawicieli 65 państw, sygnatariuszy paktu o nierozprzestrzenianiu broni jądrowej, którzy pochlebnie wyrażali się o osiągnięciach owego liczącego już pięć lat porozumienia i chwalili dalsze zacieśnianie ograniczeń i zabezpieczeń. Jeśli jest tak dobrze, co skłoniło dr Ikle'a do straszenia nas swymi katastroficznymi przepowiedniami? Niestety, nie są one bezpodstawne.
Okazało się bowiem, że już w czasie obrad konferencji, a może nawet wcześniej, rząd RFN prowadził tajne rokowania z rządem Brazylii w sprawie wielomiliardowego (w dolarach) kontraktu na sprzedaż nie tylko kilku reaktorów jądrowych, lecz także urządzeń i technologii wzbogacania uranu i tak zwanego pełnego cyklu paliwowego. Proces wzbogacania polega na zwiekszeniu zawartości lekkiego izotopu, występującego w naturalnym uranie w ułamku procentu, do kilku procent, co warunkuje możliwość zapoczątkowania reakcji jądrowej. Uzupełnienie cyklu to wydobywanie z zużytych prętów uranowych tworzącego się w wyniku reakcji plutonu, który sam jest dobrym paliwem jądrowym.
Dotychczas wszelkie zawarte kontrakty ze względów bezpieczeństwa przewidywały tylko budowę reaktorów, sprzedający zastrzegał dla siebie wyłączność dostaw materiału rozczepialnego, ba, nawet żądał zwrotu zużytych prętów paliwowych, aby nie dopuścić do wpadnięcia plutonu, doskonałego surowca dla bomb atomowych, w ręce niepowołanych osób. Ujawnione informacje zbulwersowały więc świat i nic w tym chyba dziwnego. Rzecznik rządu brazylijskiego oświadczył z dumą, że kraj jego zamierza dokonywać eksplozji jądrowych „dla celów pokojowych”. Cały kłopot w tym, że nie ma przecież mędrca, który odróżni eksplozję „pokojową” od bomby.
W 1974 roku Indie wkroczyły do wąskiego kregu państw nuklearnych, dokonując w maju eksplozji jądrowej na pustyni Rajasthan. Ta eksplozja odbiła się głośnym echem na całym świecie. Teraz Indie zaproponowały Pakistanowi pakt o nieagresji z uwzględnieniem zakazu użycia broni jądrowej. Ładny to gest – ukłon silniejszego w stronę słabszego. Ale... Pakistan zaraz rozpoczął rozmowy z Francją w sprawie podobnego kontraktu, jaki zawarła Brazylia z RFN. Na tym lista się nie kończy. Również pilną (i niezbyt uzasadnioną ze względów ekonomicznych) potrzebę zakupu instalacji jądrowych zgłosiły Korea Południowa i Tajwan. Chiny bombę już mają – co na to wszystko powie Japonia? Iran już kupuje dwa reaktory w RFN i pertraktuje z USA o prawo wykorzystania plutonu z 8 reaktorów, które chce tam kupić. Ponadto, podobno Izrael i Republika Południowej Afryki niedługo będą miały własne bomby, lub nawet już je mają.
Wkroczyliśmy więc w „drugą erę nuklearną”. Pierwszy to okres, gdy tylko nieliczne mocarstwa dysponowały tą groźną bronią. Porozumienia dwustronne sprawiły, że była ona mniej niebezpieczna, niż o tym mówiono. Ścisła kontrola wykluczyła przypadkową eksplozję czy kradzież bomby przez przestępców, fanatyków lub szaleńców. Zresztą nawet kradzież bomby nie stanowiłaby pewności, że uda się ją uruchomić. Skomplikowane urządzenia zabezpieczające mógł uruchomić tylko fachowiec, który znał bombę na wylot. Tych zaś miano na oku.
Druga era, czyli okres rozpełzania się materiału rozszczepialnego do najdalszych zakątków świata, stwarza niespotykane dotąd problemy. Powstaje prócz legalnego czarny rynek, czyli jak go nazwano przez analogię z narkotykami - „plutonowy łącznik”. Zresztą już kilka lat temu z amerykańskich zakładów w Numec w RFN zginęło 100 kilogramów wzbogaconego uranu, gotowego do zbudowania bomby i do dziś nie wiadomo, w czyich jest rękach... Każdy kto będzie miał dolary i obrany cel, uzyska wspaniałą możliwość niszczenia. Jak będziemógł tego dokonać? Bardzo łatwo, jak się okazuje.
Autorzy telewizyjnej audycji popularnonaukowej „Nova”, emitowanej w USA, zadali sobie trud odpowiedzi na to pytanie. Nie tyle zresztą sobie, co pewnemu dwudziestoletniemu studentowi chemii, który nigdy nie miał do czynienia z inżynierią jądrową. Zlecono mu opracowanie planów bomby atomowej. Chłopak rozpoczął od lektury książki fizyka T. Taylora, ostrzegającej przed łatwością zbudowania bomby. Okazuje się, po raz nie wiem który, że ostrzeżenia są najlepszym instruktażem. Pięć tygodni lektury różnych prac w bibliotece, w tym raportów (jawnych) Projektu Manhattan, wystarczyły do opracowania dokładnego planu konstrukcyjnego. Student, którego nazwiska nie znamy i który ukrywa się w obawie przed porwaniem, powiedział w telefonicznym wywiadzie dla tygodnika „Newsweek”: „Jestem zdumiony, że tak łatwo mi poszło. Oceniam, że bomba będzie kosztować około 10 tysięcy dolarów, ważyć poniżej 400 kilogramów i zawierać około 7 kilogramów plutonu”.
A jaką opinię wydali o planach amerykańscy eksperci od broni jądrowej? Nie wydali żadnej opinii, uchylili się od odpowiedzi, co wydaje się znamiennym potwierdzeniem sprawności śmiercionośnego urządzenia. Audycja poruszyła odpowiednią komisję Kongresu amerykańskiego, która opracowuje nowe plany zabezpieczenia instalacji jądrowych, zwłaszcza tych, w których wykorzystuje się pluton.
Tak oto, jeśli nie zahamujemy rozwoju drugiej ery atomowej, za kilka lat terroryści, miast uganiać się z granatami i pistoletami w garści, będą mogli szantażować rządy prymitywnymi, lecz skutecznymi bombami atomowymi. Z jednej strony będzie to wynik krótkowzrocznych, precedensowych poczynań niektórych państw, zaś z drugiej – nieuchronny skutek rozwoju nauki. To, co jeszcze 30 lat temu było udziałem najwyższej klasy fizyków, dziś jest możliwe dla studenta chemii.
Fizycy podnieceni swymi osiągnięciami w dziedzinie broni masowej zagłady mawiali chętnie, że są panami świata. Dziś, jak się okazało, mogą nimi zostać również nie douczone młokosy. Taka jest odwieczna prawidłowość. Odkrycia naukowców po kilku czy kilkudziesieciu latach wkraczają pod przysłowiowe strzechy. Lecz inżynieria jądrowa jest dziedziną zbyt niebezpieczną, aby można było do tego dopuścić.
Dlatego też musimy wkładać wiele sił w rozwiązanie palących problemów świata. Jeśli nie będzie niezadowolonych, któż zechce siać zniszczenie. Co prawda zawsze mogą się znaleźć szaleńcy lub przestępcy, ale tu już musimy ufać w doskonałość zabezpieczeń. Nie można oszczędzać na urządzeniach, które zapobiegną wszelkim kradzieżom materiałów radioaktywnych. Zresztą trudno bawić się w przewidywania, ale może ludzie wreszcie zmądrzeją, zmienią się i dostosują do przemian, które zaszły w świecie – to chyba jedyny i konieczny warunek przetrwania naszej cywilizacji. Nie możemy zrezygnowac z wykorzystania energii jądrowej, wszak węgiel i ropa naftowa, obecnie podstawowe źródło energii, za jakiś czas – jak już wspomniałem – ulegną wyczerpaniu. Ich zasoby nie są nieograniczone. Stopniowe zastępowanie ich reaktorami jądrowymi to po prostu konieczność.
A na jak długo wystarczy nam uranu? Niestety, w reaktorach, o których pisałem dotychczas, wykorzystuje się wyłącznie uran lekki 235, a tego jest stosunkowo mało. Gdyby wszystkie ziemskie elektrownie zaczęły z niego korzystać, jeszcze przed upływem obecnego stulecia Ziemię spowiłyby ciemności – elektrownie zatrzymałyby się z braku paliwa. Moglibyśmy wówczas tylko smętnie spoglądać na ogromne zasoby uranu 238, bezużytecznego zwykłego metalu.
Ale uran 238 ma pewną ciekawą właściwość. Gdy uderzy w jego jądro neutron, który pędzi z wielką prędkością, wówczas następuje przemiana jądrowa – uran zamienia się w pluton, a jak wspomniałem, to już jest wspaniałe paliwo jądrowe. Musi być spełniony tylko ten właśnie warunek – neutronom należy nadawać wielką prędkość, a wtedy czynią one cuda. Nie ma chyba przesady w porównaniu tego zjawiska z alchemią. Oto na naszych oczach pewien pierwiastek zamienia się w inny i to cenniejszy dla na niż złoto. Gdyby zamienić cały znajdujący się na Ziemi uran 238 w pluton, kłopoty ze zdobywaniem energii mielibyśmy „z głowy” na setki lat.
Tak powstał pomysł zbudowania reaktora nazwanego powielającym. Aż trudno w to uwierzyć, ale reaktor powielający wytwarza więcej paliwa jądrowego – plutonu – niż go zużywa! Brzmi to trochę, jak określenie perpetuum mobile - maszyny, która pracuje wiecznie, bez czerpania energii z otoczenia, ba, nawet oddając wielkie jej ilości. Lecz rzeczywistość nie jest aż tak fantastyczna. Po prostu reaktor powielający zawiera w swym wnętrzu pluton i uran 238. W czasie pracy uran nie tylko wytwarza ciepło, wykorzystywane w elektrowni, ale również nadmiar szybko pędzących neutronów stopniowo przetwarza uran na pluton. Oto alchemia XX wieku! Reaktor powielający to wypisz wymaluj tygiel alchemika.
Jednak reaktorów powielających zbudowano dotychczas niewiele. Konstruktorzy napotykają ogromne trudności, ale niewątpliwie uda im się je przezwyciężyć. Najlepszym tego dowodem może być reaktor powielający zbudowany w Związku Radzieckim, nad brzegiem Morza Kaspijskiego. Służy on nie tylko do wytwarzania elektryczności, lecz także do odsalania wody morskiej – okolica ta cierpi na brak wody do picia. Zbudowanie go stało się dobrodziejstwem dla mieszkańców dużego rejonu.
Jest to zresztą reguła. Elektrownie jądrowe buduje się tam, gdzie są naprawdę potrzebne, to znaczy tam, gdzie na miejscu nie ma zwykłych paliw, węgla czy ropy. Co prawda wszystkie państwa zamierzają w coraz większym stopniu wykorzystywać energię jądrową, ale na razie nieco taniej i być może bezpieczniej będzie spalać pod kotłami węgiel. Podobnie też jest w naszym kraju. Węgla mamy w bród, ale jego złoża zalegają tylko na południowych krańcach kraju, szerokim pasem poprzez Śląsk i Lubelskie. Nie wierzymy, by węgla wystarczyło nam na zawsze, więc również interesujemy się elektrowniami jądrowymi – niedługo zbudujmy pierwszą z nich w Żarnowcu. Oczywiście, nie budujemy jej zdani na własne siły, lecz korzystamy z bogatych doświadczeń Związku Radzieckiego. Kolejne reaktory będziemy już budować w coraz większym stopniu sami, być może również i powielające.
Taka jest przyszłość energii jądrowej, stosowanej do celów pokojowych, a więc wytwarzania elektryczności, odsalania wody itp. Lecz nie zapominajmy, że podobnie jak zasoby paliw kopalnych, uran również wydobywa się z wnętrza Ziemi i jego zasoby w końcu kiedyś się wyczerpią, bez względu na to, jak wydajnie będziemy je wykorzystywać. A co wtedy? No cóż, mamy w zanadrzu inne źródła energii...
Miniatura Słońca
Słońce od niepamiętnych czasów wzbudzało zrozumiałe zainteresowanie ludzi. Zainteresowanie to przejawiało się już w dawnych wierzeniach, w mitologii. Kult Słońca towarzyszy rozwojowi naszej cywilizacji. Jak dowiadujemy sięz wyników badań archeologicznych, już przed tysiącami lat różnego rodzaju kapłani, czyli ludzie wtajemniczeni, ustalali podstawy astronomii, między innymi wyjaśniając ciekawe zjawisko pozornych ruchów Słońca na nieboskłonie. Wykopaliska świadczą o ich wielkiej wiedzy praktycznej – gigantyczne kamienne budowle w Europie czy piramidalne świątynie za Oceanem Atlantyckim to pierwowzory naszych obserwatoriów astronomicznych. Lecz wiedza ta poszła później w zapomnienie.
W czasach nowożytnych dopiero genialny Mikołaj Kopernik, chluba polskiej nauki, potrafił ustawić najbliższą nas gwiazdę na należnym jej miejscu – w sercu Układu Słonecznego. Jednak jeszcze przez parę wieków Słońce po prostu „było”, innymi słowy, ludziom wystarczało stwierdzenie, że zostało niegdyś stworzone przez Boga – zrozumienie mechanizmu tego wspaniałego jakby pieca w inkubatorze, którego ciepło i światło nadało impuls rozwojowi świata (o czym, jak warto pamiętać, również nie wiedziano) wykraczało poza możliwości ówczesnej nauki.
Płynęły lata. Nauka, a zwłaszcza fizyka rosła w siłę. Coraz więcej zjawisk otaczającego nas świata dawało się opisać, ująć w formę wzorów matematycznych i praw fizycznych. Nic też dziwnego, że uczeni wzięli się do prób wyjaśnienia, dlaczego Słońce świeci. Pierwszymi, którzy zasługują tu na wymienienie, to Herman von Helmholtz w Niemczech i Lord Kelvin w Anglii. Ci sławni uczeni XIX wieku, którzy mieli już za sobą wiele sukcesów, niezależnie od siebie wpadli na pomysł, że przecież jeśli Słońce jest kulą rozżarzonych gazów, a jak uczy fizyka, gaz rozgrzewa się przy ściskaniu, czyli zmniejszaniu jego objętości, to być może gwiazda rozpala się w wyniku kurczenia. Najpierw był niezwykle rozległy obłok gazu, który wskutek przyciągania grawitacyjnego zaczął się kurczyć i grzać – oświadczyli oni.
Nie było to oczywiście odkrycie na miarę Kopernika, bowiem, po pierwsze, nie stanowiło rewolucyjnego przewrotu w nauce, a po drugie, dokładne obliczenia wykazały, że owszem, ich wyjaśnienie jest prawdopodobne, lecz gdyby tak właśnie było, Słońce mogłoby świecić zaledwie od kilkuset milionów lat, a przecież wiemy, że nasza gwiazda liczy ich sobie parę miliardów. Zagadka nie została więc rozwiązana, ale trudno mieć o to pretensje do obu znakomitych badaczy i innych ich uczonych kolegów. Trzeba jeszcze było poczekać na dalsze odkrycia fizyków.
Dopiero w 1929 roku, gdy badania zmierzające do wyjaśnienia budowy materii sięgnęły już do jądra atomowego, a opracowana przez Alberta Einsteina teoria względności dopuszczała możliwość zamiany masy na energię, dwaj badacze, Fritz Houtermans (Niemiec) i Robert Atkinson (Anglik), wspólnie zaproponowali dość fantastyczne, nawet jak na owe czasy, wyjaśnienie. Opublikowali wówczas w słynnym czasopiśmie fachowym „Zeitschrift für Physik” artykuł, który chcieli zatytułować:”Jak można ugotować jądro helu w garnku potencjału”. Poważni redaktorzy, którym nauka (ta przez duże N) nie kojarzyła się z żartami, zmienili jednak ten tytuł na drętwy, ale bardziej strawny dla szanownego grona ich uczonych czytelników.
Autorzy artykułu, opierając się na wynikach badań Sir Arthura Eddingtona, który wykazał, że temperatura wnętrza Słońca sięga co najmniej kilkunastu milionów stopni Celsjusza, sformułowali teorię, że jakieś stosunkowo lekkie jądro atomowe kolejno wychwytuje 4 jądra atomu wodoru, czyli inaczej mówiąc protony, a następnie przetwarza je na jądro atomu helu (cząstkę alfa), które wyrzuca na zewnątrz, razem ze sporą ilością energii. Ta tak zwana reakcja syntezy termojądrowej stanowiła już pierwszy etap na drodze do rozwiązania, i chociaż jeszcze trudno było o ocenę tak mgliście wyłożonej teorii, już od lat podejrzewano, że musi się w Słońcu kryć jakiś tego typu mechanizm. Nawet gdyby składało się ono z najwyższej jakości gazu świetlnego i tak dawno by zgasło jak wypalona świeczka.
W 10 lat później fizyka jądrowa poczyniła już tak znaczne postępy (dla przypomnienia – Hahn i Strassmann odkryli możliwość rozbicia jądra atomu uranu), że możliwe stało się wskazanie tego tajemniczego lekkiego jądra atomowego. Niezależnie od siebie Hans Bethe w Stanach Zjednoczonych i Carl von Weizsacker (wym. Wajcsaker) w Niemczech, stwierdzili, że jądrem tym może i powinno być jądro atomu węgla. W tak zwanym cyklu węglowymkolejne przemiany jądrowe prowadzą do zmiany węgla i czterech zderzających się z nim protonów na taki sam węgiel (który może znów posłużyć jako pułapka protonów), hel i energię.
Jednak węgla Słońce zawiera niewiele, zaledwie ułamek procenta. Wnikliwe oceny świadczyły, żecykl węglowy może dostarczać zaledwie setną część potoku energii płynącej z wnetrza naszej gwiazdy. Nie należy się więc dziwić, że fizycy czy raczej astrofizycy (bo tak nazwano specjalistów od badań fizycznych obiektów astronomicznych) z ulgą powitali nową teorię, którą mniej więcej w tym samym czasie sformułował młody, bardzo nawet młody fizyk, Charles Critchfield (wym. Kriczfild). Wprowadził on nowy szereg trzech przemian czy reakcji jądrowych, w których z protonów tworzyły się jądra helu, bez pośrednictwa jąder atomu węgla czy innego pierwiastka. W szeregu tym z sześciu protonów powstaje jądro helu, dwa protony, trochę innych cząstek elementarnych i wiele energii. Ponieważ Słońce składa się w połowie z wodoru, zawiera więc dość paliwa termojądrowego – protonów, aby jaśnieć na niebie przez miliardy lat.
Teorie zostały przez uczonych uzupełnione, doszlifowane i od dobrych 40 lat wszyscy zgodnie stwierdzali, że w gwiazdach większych, bardziej gorących, przeważa cykl węglowy, zaś w mniejszych, takich jak nasze Słońce – protonowa reakcja termojądrowa.
O tym, że reakcja termojądrowa istotnie działa, przekonaliśmy się już 1 listopada 1952 roku, kiedy wybuch pierwszej bomby wodorowej – zbudowanej przez fizyków ze znanego ośrodka w Los Alamos, pracujących pod kierownictwem Edwarda Tellera – zniósł z powierzchni Oceanu Spokojnego koralowy atol Eugelab. Na miejscu tej wysepki powstał basen o głębokości 60 metrów i średnicy 1,5 kilometra. Fizycy, chyba nieco przerażeni, że dali politykom i wojskowym broń o niespotykanej dotychczas sile niszczenia, zaczęli natychmiast zapewniać, iż wkrótce, już za lat parę, zastąpią dymiące piece w elektrowniach miniaturami Słońca, czyli reaktorami termojądrowymi. I cóż? Owe „parę lat” jest jeszcze ciągle przed nami, a jak na ironię, co rano przecierając oczy można się przekonać, że pierwowzór tych reaktorów hojnie obdarza mieszkańców Ziemi swym światłem i ciepłem.
Ale też nie można twierdzić, że nie poczyniliśmy postępów. Podjęte przez ziemskich uczonych dzieło musi budzić podziw. Starają się przecież naśladować największe i najpotężniejsze wytwory natury – gwiazdy. Warto więc chyba poświęcić kilka słów wnętrzu gwiazd, by zdać sobie sprawę z trudności, z jakimi trzeba się borykać budując ich miniaturki na Ziemi.
Zanim dotrzemy do gwiazd musimy jednak zastanowić sie nad budową materii. Przemyśliwali nad tym już starożytni Grecy, a jeden z nich, Demokryt, twierdził, że wszystko składa się z maleńkich, niewidocznych gołym okiem atomów (po grecku atomein to niepodzielny). Mijały wieki, a jak ją dziś nazywamy, teoria atomistyczna niezbyt się ludziom podobała i została wręcz zapomniana. Dopiero nieco ponad 200 lat temu uczeni zgodzili się, że wszystko co nas otacza składa się z atomów. Mawiano o trzech stanach skupienia, to znaczy materię dzielono na trzy rodzaje: ciała stałe, o najgęściej upakowanych atomach, ciecze – nieco luźniejsze i gazy, w których atomy swobodnie fruwają.
Fizyka i chemia czyniły dalsze postępy, uczeni wniknęli glębiej w materię. Okazało się, że atomy, wbrew swej nazwie, nie są niepodzielne – składają się z jądra i elektronów. Jądro jest ciężkie, ma dodatni ładunek elektryczny, a wokół niego krążą po orbitach lekkie ujemne cząstki elektryczne zwane elektronami. W pewnych warunkach, zaraz powiem w jakich, atomy można jakby odrzeć z elektronów – pozostają wówczas dodatnie jądra i błąkające się między nimi swobodne elektrony, już nie tworzące wraz z jądrami pojedyńczych, oddzielnych atomów. Stan ten tak dalece różni się od wspomnianych trzech stanów skupienia materii, że fizycy postanowili traktować go oddzielnie i nazwali plazmą – pierwszy użył tej nazwy amerykański fizyk, J. Langmuir około 50 lat temu.
Plazma, czyli czwarty stan materii, powstaje w bardzo wysokiej temperaturze, gdy atomy rozgrzanego gazu zderzają się z energią dostateczną do wytrząśnięcia z nich elektronów. Wnętrze Słońca i innych niezliczonych gwiazd świecących na nieboskłonie zawiera właśnie plazmę. Sądzi się, bo przecież nikogo przy tym nie było, że gwiazda powstaje z obłoku pyłu czy gazu, który pod wpływem sił kurczenia jego temperatura rosła (przypominam hipotezę Helmholtza i Kelvina), aż wreszcie w środku wytworzyła się plazma, ściskana coraz bardziej przez siłę ciążenia. Wreszcie temperatura, która stanowi przecież odbicie prędkości bezładnego ruchu składników gazu, a więc ich energii, stała się tak wielka, że poszczególne jądra zderzając się ze sobą zaczęły się łączyć w wyniku reakcji termojądrowej. To spowodowało dalszy wzrost temperatury i wreszcie zapanował stan równowagi.
Rozpalona, bardzo ściśnięta kula plazmy nie zmniejsza już swej objętości w sposób zauważalny. Powstrzymuje ją przed tym energia wydzielana w reakcjach termojądrowych, która w ogromnej obfitości płynie z gwiazd w postaci promieniowania. Choć jest to już, jak mawiał Antoni Czechow, „temat na zupełnie inne opowiadanie”, warto wspomnieć co dzieje się z gwiazdą, w której „wypali się” paliwo termojądrowe – wodór. Nie grozi nam to zbyt prędko, bowiem Słońce w każdej sekundzie przetwarza 564 miliony ton wodoru na 560 milionów ton helu (4 miliony ton materii zmieniają się w energię), co przy jego ogromnej masie wystarczy jeszcze na około 10 miliardów lat. Gdy zacznie brakować wodoru, gwiazda nasza znów będzie się zmniejszać. Wreszcie, w niewyobrażalnie odległej przyszłości najpierw rozszerzy się tak, że ogarnie Merkurego i Wenus, a później zacznie się kurczyć i gasnąć, ale wtedy przestanie nam już być potrzebna – na pewno ludzkość znajdzie sobie wspaniałe źródła energii, o jakich nam się teraz nawet nie śni. Ruszymy na podbój Wszechświata i być może, osiedlimy się przy innej, młodej jeszcze gwieździe...
Wróćmy jednak do teraźniejszości. Pierwsza bomba termojądrowa, tzw. wodorowa, która eksplodowała w 1952 roku, to w odróżnieniu od Słonca urządzenie działające ułamek sekundy. To prawda, że wczasie wybuchu wyzwoliła się ogromna ilość energii, ale potrzebne nam są raczej takie źródła, które działają w sposób ciągły, byśmy mogli z nich korzystać przez cały czas, a nie przez mgnienie oka. Bomba wodorowa ma jako źródło energii i inne wady, można powiedzieć natury technicznej. Jest to potężny pojemnik z doskonałej stali, w którym znajduje się zwykła bomba atomowa i zbiornik z deuterem, czyli izotopem wodoru. Jądro deuteru zawiera jeden proton i jeden neutron, więc jeśli dwa takie jądra się połączą, dają od razu jądro atomu helu. Reakcja ich jest możliwa w temperaturze około 100 milionów stopni Celsjusza, czyli pięciokrotnie wyższej niż we wnętrzu Słońca. Jako swego rodzaju piec ogrzewający w bardzo krótkim czasie deuter do takiej temperatury, służy właśnie bomba atomowa, w której roszczepiają się jądra uranu lub plutonu. Ale potężny wybuch termojądrowy rozrzuca na dziesiątki i setki kilometrów radioaktywne substancje pozostałe po rozpadzie ciężkich jąder. Jak groźne to jest dla wszystkiego, co żyje na Ziemi, nie trzeba chyba nikomu tłumaczyć. Co prawda, uczeni konstruują coraz bezpieczniejsze bomby i chcą je wykorzystywać głównie do prac ziemnych – dosłownie przenoszenia gór i zmieniania biegu rzek; jednak przecież nie o to nam idzie.
Trzeba po pierwsze znaleźć inny zapalnik reakcji termojądrowej, a po drugie zmniejszyć wydzielaną w jej trakcie energię, tak by każde włączenie tego supernowoczesnego źródła energii nie wywoływało efektów takich jak trzęsienie ziemi. Już w 1955 roku, na pierwszej Konferencji Pokojoego Wykorzystania Energii Atomowej okazało się, że wielkie mocarstwa poważnie myślą nad znalezieniem właściwego rozwiązania. Ujawnienie tych tajnych wówczas badań spowodował znakomity profesor Homi J. Bhabha z Indii. Oświadczył on, że jego zdaniem, za dwadzieścia lat sprawa zostanie rozwiązana. Ów, jak dziś wiemy, nieco przesadny optymizm, niezbyt licujący z naszym poglądem na zachowanie ludzi Dalekiego Wschodu, był podyktowany przez pewien pomysł, zdawałoby się łatwy do zrealizowania.
Głównymi problemami w uzyskaniu energii z reakcji termojądrowej dla celów pokojowych, jest znalezienie zarówno sposobu rozgrzania pewnej ilości deuteru do temperatury stu milionów stopni, jak i utrzymania plazmy w jakiś sposób tak długo, aby przynajmniej znaczna część deuteru przetworzyła się w hel. Sytuacja jakby żywcem przeniesiona z laboratorium genialnego Thomasa A. Edisona. Do uczonego zgłosił się podobno pewnego dnia człowiek, który oświadczył, że chciałby pod jego kierunkiem prowadzić badania nad znalezieniem rozpuszczalnika dobrego na wszystko - takiego, któremu nie oprze się ani szkło, ani kamień, ani nawet metale szlachetne. Edison, który przejawiał czasem złośliwe poczucie humoru, niemalże znokautował maniaka swą odpowiedzią: „Niech pan najpier wynajdzie naczynie na swój rozpuszczalnik!”
Tak, tak, plazma o temperaturze milionów stopni w okamgnieniu rozpuszcza, zamienia w parę wszelkie naczynia - przecież znane nam najbardziej wytrzymałe materiały topią się już w temperaturze około 3 tysięcy stopni Celsjusza. Ale nie zapominajmy, że plazma składa się z cząstek mających ładunek elektryczny, a od dawna wiadomo, że pole magnetyczne wywiera siłę na poruszające się ładunki elektryczne. Można więc utrzymywać plazmę pomiedzy biegunami (oczywiście o odpowiednim kształcie) silnego elektromagnesu. Pole magnetyczne można również wykorzystać do ściskania plazmy, która ma temperaturę nie dość wysoką i wówczas ogrzeje się ona jeszcze bardziej aż do owych magicznych stu milionów stopni.
Pierwsze prace wykonywane z entuzjazmem przez uczonych angielskich już w latach pięćdziesiątych dały złudną nadzieję, że sukces jest bardzo bliski. Rozrzedzony gaz znajdujący się w polu magnetycznym jonizowano, czyli wstępnie pozbawiano elektronów. Następnie przez gaz przepuszczano bardzo silne wyładowanie elektryczne. Pod wspólnym działaniem przepływu prądu i pola magnetycznego plazma zostaje ściśnieta, przybiera postać jakby sznura i silnie się rozgrzewa. Mimo iż początkowo wydawało się, że uzyskanie ściśniecia i rozgrzania koniecznego do zapoczątkowania reakcji termojądrowej jest tylko kwestią ulepszeń technicznych, wkrótce okazało się, że już w czasie mikrosekundy sznur rozlatywał się i o reakcji termojądrowej nie mogło być mowy.
Jednak idea oddziaływania polem magnetycznym na niewielkie ilości plazmy, takie których „wybuch” da się ujarzmić i wykorzystać, na przykład do ogrzania wody poruszającej turbiny elektrowni, przetrwała. Mnożyły się konstrukcje coraz wymyślniejsze, o coraz dziwniejszych nazwach, jak Ogra, Stellarotor czy Scylla. Mimo ogromnych nakładów i zaangażowania znakomitych uczonych, te magnetyczne „butelki” czy pułapki plazmy nie na wiele się przydały. Za każdym razem okazywało się, że fizycy nie mają pojęcia, jak plazma – ów niedawno odkryty stan skupienia materii – będzie się zachowywać w różnych warunkach. Swoją drogą musimy przyznać, że przez ten naiwny optymizm postawiono cały problem na głowie. Zamiast najpierw zbadać i ustalić prawa rządzące fizyką plazmy, zaczęto plazmę wykorzystywać, a więc jakby za karę – bezskutecznie.
Może zresztą pośpiech uczonych powodowany był faktem, że deuter jest bez wątpienia najtańszym i najbardziej rozpowszechnionym na Ziemi (a raczej w jej oceanach) paliwem. Woda zawiera bowiem na każde 6 tysięcy atomów wodoru jeden atom jego ciężkiego izotopu, deuteru. Innymi słowy co trzytysięczna cząsteczka wody jest cząsteczką tak zwanej ciężkiej wody. Dziś już umiemy oddzielać je od siebie stosunkowo łatwo i tanio, a jeśli opanujemy reakcję termojądrową, wówczas z jednego kilograma deuteru uzyskamy prawie 7,5 miliona razy więcej energii elektrycznej niż z jednego kilograma najlepszej benzyny. Nasze zasoby deuteru wystarczają na co najmniej miliard lat! Czy teraz dziwicie się pośpiechowi? Mam nadzieję, że nie. Nawiasem mówiąc, woda oceanów również zawiera 1000 razy więcej uranu niż lądy, tyle że trudno go wydobyć.
Tak więc w ciągu 20 lat powstawały coraz to nowsze i potężniejsze maszyny, które miały służyć zamianie deuteru na energię (no i oczywiście na hel), a wskutek złośliwości natury posłużyły wyłącznie do sporządzenia listy problemów, które trzeba rozwiązać. Oto słowa, jakie wypowiadają nieliczni zresztą przeciwnicy badań w tej dziedzinie. Zaś zwolennicy i uczestnicy owego wielkiego, heroicznego boju z naturą odpowiadają jednum melodyjnym słowem – „Mamy przecież Tokamak”. To nie żarty. Istotnie jedno ze skonstruowanych urządzeń, które zostało tak właśnie nazwane (jest to skrót nazwy Toroidalna Kamera Magnetyczna), stwarza największe nadzieje. Nie wiadomo, czy potrwa to jeszcze pięć czy dziesięć lat – powiadają optymiści – ale pewne jest że Tokamaki triumfalnie wkroczą do energetyki.
Projekt i pierwsze urządzenia tego typu powstały w ZSRR, a ich ojcem był niedawno zmarły profesor Lew Arcymowicz. Uczony ten zyskał między innymi tytuł doktora honoris causa Uniwerstytetu Warszawskiego. Dziś Tokamaki budują nie tylko uczeni w Związku Radzieckim, również w Stanach Zjednoczonych uznano, że jest to najbardziej udany pomysł. Warto więc chyba w kilku słowach opisać urządzenie, które zrobiło światową karierę, tym bardziej, że wiemy już niemal dokładnie, jak będzie wyglądał Tokamak uruchamiający sporą elektrownię.
Nazwa zawiera słowo „toroidalny”. Oznacza to, że komora, w której znajduje się plazma, ma kształt rury zamkniętej w koło, czyli mającej kształt, na przykład dętki koła od samochodu, a raczej od gokarta, by dać w tym porównaniu pojęcie o proporcjach jej rozmiarów. Komora jest szersza po stronie zewnętrznej niż wewnętrznej. W podwójnych ściankach komory będzie się znajdował stopiony metal – lit. Kolejna warstwa to ochronny płaszcz wody pochłaniającej neutrony, a za nią bieguny elektromagnesu, otaczającego komorę. Ciepło wytwarzane w toku reakcji termojądrowej w plazmie utrzymywanej przez pole magnetyczne będzie pochłaniane przez przepływający stale lit, rozgrzewający się do około 1000 stopni Celsjusza. Lit będzie oddawał swoje ciepło, rozgrzewając jakąś ciecz, na przykład wodę w specjalnym wymienniku. W ten sposób można Tokamakiem zastąpić paleniska i kotły w elektrowni. Ponieważ w czasie reakcji termojądrowej powstaje sporo cząstek elementarnych, neutronów, konieczny bedzie płaszcz wodny, chroniący przed nimi uzwojenia elektromagnesu. Ot i wszystko.
Jako „paliwo” w Tokamaku będzie stosowana mieszanina dwóch izotopów – deuteru i trytu (jego jądro zawiera jeden proton i dwa neutrony). Co prawda reakcja tych dwóch izotopów daje neco mniej energii, ale łatwiej ją uzyskać niż reakcję dwóch jąder deuteru. Jedyny mankament to właśnie, jak łatwo policzyć, nadmiar jednego neutronu, który uwalnia się w każdym procesie łączenia jądr deuteru i trytu w jądro helu.
Tryt nie występuje w przyrodzie. Trzeba go sztucznie wytwarzać, lecz kłopot to niewielki. Będzie powstawał w wyniku bombardowania litu neutronami. Wystarczy go tylko oddzielić, co już umiemy robić.
Jak przewidują specjaliści, cały reaktor będzie miał wysokość około 10 metrów i średnicę około 30 metrów. Co 3 minuty odpowiednie urządzenie będzie wstrzykiwało do wnętrza komory mieszaninę deuteru i trytu. Po ściśnięciu i rozgrzaniu plazmy mieszanina ta w znacznej części zmieni się w hel, następnie komorę trzeba będzie oczyścić i rozpocząć proces od nowa. Przypomina to pracę silnika spalinowego, z tym, że w reaktorze nie ma żadnych tłoków i innych części ruchomych. Opis pracy Tokamaka brzmi tak prosto, że nie mogę się powstrzymać od wyliczenia niektórych choćby kłopotów, jakie napotkali jego konstruktorzy. Pomińmy nawet wszystkie problemy związane z ustaleniem parametrów pola magnetycznego, kształtu magnesów i komory. W samym środku komory znajduje się plazma o temperaturze 100 milionów stopni. Wydzielane przez nią neutrony padają na ścianę komory, tę, za którą znajduje się roztopiony lit, ogrzewany do 1000 stopni Celsjusza. Tak gorący lit staje się dość żrącym płynem, a ponadto, działanie neutronów niezwykle osłabia wszystkie materiały. Cóż, aby reaktor był urządzeniem wartym zbudowania, wszystkie jego zasadnicze części, a więc i wewnętrzna ściana, muszą niezawodnie pracować przez jakieś 20-30 lat, a obecnie trudno przewidzieć, jak zniosą takie warunki pracy nawet najbardziej wytrzymałe materiały.
Następna, licząc od środka komory, ściana oddziela gorący lit od wody, jest też poddawana działaniu neutronów. Gdyby powstał w niej mały choćby otwór, nastąpiłaby wybuchowa reakcja litu z wodą, czyli mówiąc zrozumiałym językiem, cały reaktor wyleciałby w powietrze... Zaś próby zastąpienia litu innym materiałem nie przynoszą pożądanych wyników. Dodatkowym niebezpieczeństwem, związanym z magnetycznnymi reaktorami termojądrowymi jest nieuchronne, jak twierdzą eksperci, wydzielanie się trytu do otoczenia. Jest to groźna substancja radioaktywna, bowiem tryt łatwo łączy się z tlenem w superciężką wodę i wnika do organizmów, również ludzi.
W sumie, mimo niezaprzeczalnego postępu, mimo ż mamy już reaktor, którego ulepszenie jest tylko kwestią czasu, nie wszyscy są przekonani, że wielkie smy przeznaczone na badania trwające już ćwierć wieku, rzeczywiście zwrócą nam się z nawiązką. Teraz tylko czas pokaże, czy Tokamak zwycięży, czy może jego największy „wróg” i znacznie młodszy brat. Jest on dlan jako rywal o tyle groźniejszy, że wymaga znacznie mniej pieniedzy na badania, a więc mogą je prowadzić nie tylko supermocarstwa jak Związek Radziecki i Stany Zjednoczone, lecz również kraje mniej zamożne, jak na przykład Polska.
Zaczęlo się wszystko w roku 1964, gdy niezależnie od siebie dwaj uczeni, Mikołaj Basow w Moskwie i pewien Amerykanin Dawson (wym. Dosn) rzucili pomysł, by do nagrzewania plazmy zastosować laser. Wyrażenia „rzucili pomysł” użyłem celowo, bowiem prawdę mówiąc, trudno jeszcze było wówczas przewidzieć, że wkrótce zostaną zbudowane lasery wysyłające odpowiednio silną wiązkę światła. To prawda, że w 1964 roku stosowano już lasery, na przykład do wiercenia światłem cieniutkich otworków w trudnotopliwych materiałach, ale to jeszcze nie było to. Jednak mało chyba było dziedzin techniki, które rozwijałyby się równie szybko i skutecznie jak lasery. Przecież pierwszy i bardzo jeszcze niedoskonały laser rubinowy zbudował Maiman w 1960 roku. I oto już w cztery lata później Basow zaproponował, by rozwiązać przy jego użyciu zagadnienie, które trapiło fizyków i techników całego świata – jeśli nawet nie wszystkich stać było na badania, mało kto czytał obojętnie w fachowych czasopismach doniesienia o kolejnych sukcesach i porażkach fizyki reakcji termojądrowych.
Basow, jak się okazało w cztery lata później, nie rzucał słów na wiatr, tylko rozpoczął eksperymenty. Już w 1968 roku opublikował następną pracę na ten temat, która zawierała konkretne dane. Wraz ze swymi współpracownikami z Instytutu Fizyki im. Lebiediewa w Moskwie opublikował wyniki eksperymentu, w którym na pastylkę z polietylenu (zawierającego zamiast atomów odoru, atomy deuteru) kierowano bardzo silny i krótkotrwały błysk laserowy. Pastylka pod wpływem gigantycznego błysku światła zmieniała się w plazmę, a ustawione dokoła czujniki wykryły, że z obłoczka plazmy popłynął na wszystkie strony strumień neutronów, co prawda jeszcze dość słaby.
W ciągu dwu lat Basow ulepszył swoje urządzenie, tak że w 1970 roku uzyskał pełne potwierdzenie, iż w plazmie wytwarzanej przez błysk laserowy następuje reakcja termojądrowa. Wkrótce podobne wyniki uzyskali w swych laboratoriach uczeni Stanów Zjednoczonych, Francji, Republiki Federalnej Niemiec, Polski i Japonii. Dotychczas w „klubie” państw mających pewne osiągnięcia w zastosowaniu laserów do wywoływania kontrolowanej reakcji termojądrowej znajduje się tylko ta szóstka, przy czym szczególnie wysoko są oceniane badania grupy kierowanej przez profesora Sylwestra Kaliskiego zapoczątkowane w Wojskowej Akademii Technicznej w Warszawie.
Pierwsze rozwiązania techniczne były dość prymitywne – służyły tylko udowodnieniu, że cała sprawa warta jest zachodu. Później trzeba było wybrać laser, który rokował największe nadzieje na uzyskanie błysku o odpowiedniej energii, wynaleźć najlepsze „paliwo termojądrowe” i opracować konstrukcję reaktora. Przed uczonymi stanęło masę problemów czysto technicznych – wymienię tylko najważniejsze z nich. Otóż zbudowanie pojedyńczego lasera o odpowiedniej mocy okazało się praktycznie niemożliwe. Pojawiły się wówczas niezwykle ciekawe i wymyślne sposoby obejścia tej trudności.
Aby reakcja termojądrowa w maleńkiej „pastylce” zamrożonej mieszaniny deuteru i trytu (o masie około 1 miligrama) rzeczywiście przyniosła spodziewane efekty, powstająca lazma musi pozostać dostatecznie długo (w ciągu ułamka sekundy) w stanie ściśniętym i w wysokiej temperaturze. Tylko to gwarantuje, że dostatecznie wiele jąder połączy się ze sobą i uzyskamy z reakcji więcej energii niż w nią włożyliśmy. A o to przecież idzie, by z reaktora czerpać więcej energii, niż się do niego doprowadza – ma on być źródłem, nie pułapką energii.
Pierwsze prace zmierzające do poprawienia sposobu utrzymywania skupionej plazmy w termojądrowym reaktorze laserowym, wnoszące istotny wkład do rozwoju tej dziedziny, wykonał profesor Sylwester Kaliski. Już w latach 1967-1968 opracował praktycznie koncepcję skojarzenia impulsu laserowego z wybuchem zwykłego materiału wybuchowego, na przykład trotylu. W kulistej, stalowej komorze o ścianach dostatecznie grubych, by wybuch nie obrócił całego laboratorium w perzynę, umieszcza się symetrycznie, przy ściankach, ładunku wybuchowe, a środek komory zawierający plazmę otacza jakby metalowym balonikiem. W chwili odpalenia ładunku wybuchowego balonik zostaje zgnieciony i ściska plazmę znajdującą się w jego wnętrzu. Teraz, w odpowiedniej chwili, trzeba włączyć laser, by jego potężny błysk dokonał reszty dzieła...
Powyższy opis jest oczywiście z konieczności bardzo uproszczony. Jednak już na jego podstawie można się zorientować, jak szeroko są zakrojone badania nad wykorzystaniem reakcji termojądrowych. Uczeni, którzy pracują w tej dziedzinie, muszą wykorzystać cały szereg zjawisk fizycznych – na dobrą sprawę wyrażenie „w tej dziedzinie' jest kardynalnym błędem. Badania obejmują bowiem wiele dziedzin. Po pierwsze trzeba znać prawa fizyczne rządzące zachowaniem plazmy. Po drugie, opanować do perfekcji technikę laserową. A ponadto, przecież nie wystarczy włożyć do kuli byle jak i byle gdzie trochę materiału wybuchowego – jest to też ogromna i trudna dziedzina wiedzy. Jeśli jeszcze dorzucimy, że przed każdym nowym eksperymentem trzeba wszystko co się da, opracować teoretycznie i obliczyć na komputerze – można wyciągnąć tylko jeden wniosek. Badania, o których mówimy, wymagają współpracy wielu tęgich głów, jeden człowiek w żaden ludzki sposób nie poradziłby sobie z ową lawiną problemów. Ale znów ktoś musi takim zespołem kierować, wytyczać kierunek dalszych badań, łączyć w swych rękach wszystkie nici, splatając z nich jakby tę jedną nić, która prowadzi do celu.
Niestety, współdziałanie wybuchów z błyskiem laserowym nie niosło upragnionego rozwiązania. Był to tylko jeden z kolejnych drogowskazów na drodze do uzyskania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Ale nie trzeba było czekać długo na właściwe odczytanie tej wskazówki, choć znów niewielu ludzi potrafiło tego dokonać. Dokładnie mówiąc było ich trzech. W 1972 roku równocześnie w USA Nuckolls (wym. Nakols) i Brueckner (wym. Brükner) oraz w Polsce profesor Kaliski opublikował artykuły z propozycją, która zasadniczo zmieniła koncepcję fizycznego podejścia do zagadnienia. Nawiasem mówiąc, ta nowa koncepcja jest dziś uważana przez niemal wszystkich specjalistów za jedyną, która wkrótce przyniesie ostateczne rozwiązanie problemu. A oto, w ogromnym uproszczeniu, zarysy nowej metody.
Jeśli na pastylkę mieszaniny deuteru i trytu (a warto wiedzieć, że ma ona wielkość główki od szpilki – około 1 milimetra średnicy) skieruje się błyski laserowe równocześnie z wielu kierunków, na przykład dwudziestu, wówczas cieniuteńka warstewka na powierzchni pastylki po prostu wybuchnie. Wybuch, jak wiadomo, działa we wszystkich kierunkach, więc nie tylko odrzuci od pastylki tę warstewkę, ale również ściśnie jej pozostałą część. Ciśnienie, jakie będzie można uzyskać we wnętrzu pastylki osiągnie nawet milion milionów atmosfer – czegoś takiego uczeni przedtem nawet nie potrafiliby sobie wyobrazić. Ponieważ błysk lasera trwa pewien czas, zjawisko ściskania pastylki wystąpi w jego pierwszej części, a w drugiej zostanie zapoczątkowana reakcja termojądrowa. Zanim ściskanie potworną siłą jądra deuteru i trytu zdążą się rozlecieć na wszystkie strony w wyniku ogromnego wzrostu temperatury, reakcja termojądrowa zostanie już zakończona i z niemalże niewidocznego w głębi wielkiej stalowej kuli punktu runie potok energii – zarówno cieplnej, jak i rozpędzonych do ogromnej prędkości neutronów.
Ściany stalowej kuli będą wyścielone, podobnie jak w Tokamaku, płaszczem stopionego litu, który przechwyci i ciepło, i neutrony, by uzyskaną energię oddać na zewnątrz kuli wodzie w specjalnym wymienniku ciepła, czyli po prostu chłodnicy. Wodę ogrzaną i zamienioną w parę wystarczy skierować do turbiny elektrowni. A jak by nie było, w każdym wybuchu maleńkiej pastylki uzyskuje się energię taką jak przy wybuchu kilograma trotylu, owego najpospolitszego materiału z bomb i granatów. Z jednej strony jest to bardzo wiele – z drugiej nie aż tak wiele, aby obawiać się rozerwania reaktora.
Żeby reaktor dostarczał energii w sposób nieprzerwany, pastylki trzeba wrzucać do jego wnetrza dość często. Uczeni przypuszczają, że będzie można osiągnąć nawet 100 wybuchów na sekundę, a wtedy jeden taki reaktor wystarczy do zasilania sporej elektrowni, która wyprodukuje pięćdziesiąt, a może nawet i sto razy więcej energii elektrycznej, niż jej zużyje laser. Jednym słowem, uzyskamy idealne źródło energii, takie jakiego szukamy już od lat. Na dokładkę, jeśli wnętrze kuli reaktora (tak jakby to był jeż nicowany na lewą stronę) zostanie uzbrojone w pręty z uranu 238 – tego nieprzydatnego i rozpowszechnionego izotopu, wówczas część wytworzonych neutronów będzie można zużyć do przetworzenia ich na pręty z plutonu, idealnego paliwa dla elektrowni jądrowych. Nie trzeba będzie budować reaktorów powielających. Pozostaje tylko pytanie, kiedy uczeni obdarzą nas tym błogosławieństwem.
Coż, tego nikt nie wie. Sami badacze twierdzą, że już bardzo niedługo, że jeszcze tylko trzeba na ich badania dać trochę więcej pieniędzy, że są z pewnością na dobrym tropie. Ale nie zapominajmy, iż tak prymitywne i łatwe do zbudowania (w porównaniu z reaktorami termojądrowymi) reaktory jądrowe istnieją już ponad dwadzieścia lat i wcale nie są zbyt częstym widokiem. Wytwarzają zaledwie nikły procent całej zużywanej na świecie elektryczności i na razie nie zanosi się, by miały wyrugować węgiel czy ropę naftową. Działa tu swoiste prawo, sformułowane przez włoskiego naukowca o dźwięcznym nazwisku Cesare Marchetti. Ten pięćdziesięcioletni Włoch zadał sobie trud szczegółowych badań historii techniki i doszedł do wniosku, że musi upłynąć co najmniej 30 lat, aby nowe źródło przyjęło się i zaspokoiło przynajmniej 25-30 procent zapotrzebowania na energię.
Ale prawo Marchetiego zaczyna działać dopiero wtedy, gdy źródło energii jest faktem konkretnym, to znaczy technicy przejmują je z rąk naukowców i potrafią się nim posługiwać, a nade wszystko mogą je budować seryjnie, w fabrykach. Tymczasem nawet najbardziej zaawansowany program badań prowadzonych przez uczonych radzieckich jeszcze nie doprowadził do uzyskania znaczących ilości energii z laserowego reaktora termojądrowego. Kłopoty są ciągle ogromne. Zresztą nie ma się czemu dziwić. Samo rozdzielenie wiązki laserowej na dwadzieścia kilka wiązek, odpowiednie ich wzmocnienie i precyzyjne nakierowanie symetryczne z różnych kierunków na punkt o średnicy zaledwie 1 milimetra – to zadanie wymagające ogromnej precyzji kosztownych elementów optycznych. Sam laser, który dostarczałby energii świetlnej koniecznej do wywołania reakcji, będzie kosztował dziesiątki milionów dolarów lub miliardy złotych. A reszta urządzeń? Ciągle nie wiadomo, czy uda się znaleźć materiał wytrzymujący bombardowanie ogromną liczbą rozpędzonych neutronów, o czym już wspominałem w związku z Tokamakami.
W tej sytuacji, któż mógłby stawiać jakieś realne daty, określać dokładnie, kiedy będziemy mogli zamknąć na cztery spusty dymiące piece w elektrowniach i zastąpić je miniaturkami Słońca? Rodzi się też obawa, że nasze wysiłki zmierzają w niezbyt właściwym kierunku...
„Zwykły to los nowych prawd – zjawiać się jako herezje, ginąć jako przesądy” - mawiał T. H. Huxley, filozof i biolog, dziad znanego pisarza Aldousa Huxleya. Wszelkie znaki wskazują, że podobnie ma się sprawa teorii opisujących gwiazdy. Pierwszą wskazówkę, że coś nie w porządku, stanowi niepowodzenie wszelkich prób znalezienia w promieniowaniu słonecznym cząsteczek elementarnych zwanych neutrinami. Gdyby istotnie w Słońcu zachodziła reakcja termojądrowa polegająca na łączeniu się protonów, musiałoby powstawać w jej toku tak wiele neutrin, że przy obecnym poziomie techniki ich wykrycie byłoby całkiem możliwe. Tymczasem, prowadzone już od trzech lat badania, nie przynoszą żadnych rezultatów...
Na domiar złego, dwie grupy uczonych, radziecka z Obserwatorium Astrofizycznego na Krymie i angielska z Uniwerstytetu w Birmingham wykryły ostatnio, że Słońce pulsuje. W powolnym dla nas, lecz szybkim w skali kosmosu rytmie 2 godzin 40 minut gigantyczna kula rozpalonych gazów nieco rozszerza się i kurczy. Za wcześnie jest jeszcze na ostateczne wnioski, lecz zdaniem fachowców, zjawiska tego nie tłumaczy żadna z istniejących teorii. W chwilowej konsternacji, jakże typowej dla załamania się teorii, którą wszyscy przyjmowali jako oczywistą, mnożą się fantastyczne hipotezy. A więc próbuje się wytłumaczyć obserwowane zjawisko obecnością we wnętrzu Słonca „czarnej dziury”, która stopniowo pochłania otaczające ją gazy. Inni powiadają, że Słońce zawiera bogate w metale jądro, w którym zachodzą reakcje jądrowe, zaś widziana przez nas otoczka wodoru i helu powstała znacznie później. Najwygodniejsze jest oczywiście stwierdzenie, że być może w Słońcu zachodzą reakcje nieznane jeszcze naszej nauce. Nie należy jednak wykluczać możliwości, że ktoś wkrótce odkryje neutrina biegnące ze słońca, a inny wskaże, iż z jakichś tam powodów gwiazda musi pulsować. Wówczas chwilowe zamieszanie zamieni się znów w błogie poczucie świadomości istoty sprawy. A jeśli nie?
Z mieszanymi uczuciami podziwu i niepokoju śledzić należy nie tyle wydarzenia w dziedzinie badań podstawowych, co próby praktycznego wykorzystania, zastosowania technicznego niedokładnie poznanych zjawisk. Podziw budzi dążenie do opanowania metody i skopiowania z natury jej gigantycznych tworów – gwiazd. Natomiast niepokoi to, że bez wahania poświęcamy na to ogromne sumy, angażując równocześnie zastępy najlepszych uczonych i techników. Któż może teraz zaręczyć, że jest to najlepsza droga do uzyskania taniego i bezpiecznego źródła energii, jeśli tracimy pewność, że natura zastosowałą to rozwiązanie w gwiazdach?
Jakże mało uwagi poświęcamy równocześnie, na przykład badaniu roślin. Do dziś nie całkiem wiadomo, jak działają ich zmyślne mechanizmy, które przy użyciu pochłanianych kwantów światła wytwarzają z dwutlenku węgla i wody przeróżne, nawet bardzo skomplikowane związki chemiczne, jak na przykład tłuszcze, białka czy cenny kauczuk. Dlaczego nie próbujemy skopiować najprostszej choćby rośliny? Zdaje mi się, że największym osiągnięciem, jakim możemy się poszczycić, jest szklana komórka, w której padające światło wytwarza różnicę potencjału elektrycznego po dwu stronach membrany zawierającej chlorofil. Zaiste, skromne to osiągnięcie, w porównaniu z możliwościami naszych niestrudzonych zielonych niewolników, którzy nas żywią i ubierają, a ich przodkowie z postaci węgla stanowią bezcenny surowiec. Nawet najlepszy reaktor termojądrowy nie zastąpi zasianego pola.
Z przedziwnym uporem trzymamy się koncepcji czerpania wzorów z największych obiektów Wszechświata. Czy jest to na pewno przyszłość naszej cywilizacji? Wydaje mi się, że zbieramy właśnie zasłużone cięgi od natury, która nieprędko ujawni swe tajemnice, zarówno w makro- jak i mikroświecie. Nadeszła chyba pora na uważniejsze przyjrzenie się naszemu otoczeniu. A na początek proponuję zielony listek, nie dlatego, że jest on znakiem początkującego kierowcy – kryje on w sobie precyzyjne mechanizmy, które mogą całkowicie zmienić naszą technikę, dostarczyć nam żywności i energii.
Brak komentarzy:
Prześlij komentarz