Fuzja jądrowa to ten sam proces, który zasila Słońce i gwiazdy weforum.org – polega na łączeniu lekkich jąder atomowych (takich jak wodór) w cięższe, czemu towarzyszy uwolnienie ogromnej ilości energii. Teoretycznie fuzja mogłaby dostarczać praktycznie nieograniczoną, przyjazną dla klimatu energię: wykorzystuje obfite paliwo (izotopy wodoru z wody lub litu) i wytwarza znacznie mniej odpadów promieniotwórczych w porównaniu z konwencjonalną energetyką jądrową. W przeciwieństwie do rozszczepiania ciężkich atomów (fuzji), które pozostawia długożyciowe odpady, reakcja fuzji daje głównie nieszkodliwy hel i krótkotrwałe neutrony weforum.org, euro-fusion.org. Ostatnie postępy ponownie rozbudziły „szał fuzji” – globalny wyścig między narodowymi laboratoriami a startupami, by okiełznać moc Słońca na Ziemi. Naukowcy, przedsiębiorcy i decydenci coraz częściej pytają: czy fuzja w końcu zrewolucjonizuje nasze systemy energetyczne?
Krótka historia badań nad fuzją: Fuzja fascynuje naukowców od stulecia. W latach 20. XX wieku astrofizycy (tacy jak Arthur Eddington) po raz pierwszy zaproponowali, że gwiazdy świecą dzięki łączeniu wodoru w hel euro-fusion.org. Pierwszą laboratoryjną fuzję (ciężkiego wodoru) osiągnął Rutherford w 1934 roku. Jednak praktyczne reaktory fuzyjne pojawiły się później. W 1950 roku radzieccy fizycy Sacharow i Tamm zaproponowali tokamak – magnetyczne urządzenie fuzyjne w kształcie „pączka” euro-fusion.org. (W tym samym czasie amerykański fizyk Lyman Spitzer opracował alternatywny „stellarator”). Te koncepcje magnetycznego uwięzienia zdominowały późniejsze badania nad fuzją. W latach 70. rozpoczęła się międzynarodowa współpraca. Europa połączyła siły, by zbudować JET (Joint European Torus) – prace projektowe rozpoczęto w 1973 roku, a pierwsze plazmy uzyskano w 1983 roku euro-fusion.org. W 1985 roku podczas szczytu Reagan–Gorbaczow narodził się pomysł ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), mającego być bezprecedensowym, wielonarodowym poligonem doświadczalnym dla fuzji euro-fusion.org. W latach 80. i 90. tokamaki takie jak JET i japoński JT-60 ustanawiały rekordy wydajności; na przykład w 1997 roku JET wykorzystał mieszankę paliwa deuter–tryt w proporcji 50:50, by uzyskać 16 MW mocy fuzyjnej (ponad połowę mocy grzewczej) euro-fusion.org. Tymczasem USA i inne kraje badały inercyjną fuzję (z użyciem gigantycznych laserów). Jednak pomimo dekad postępów, żaden reaktor nie wyprodukował jeszcze więcej energii, niż zużył – fuzja pozostawała naukowym wyzwaniem „zawsze oddalonym o 30 lat”, jak głosiło powiedzenie.
Jak działa synteza jądrowa (i czym różni się od rozszczepienia): W prostych słowach, synteza łączy lekkie jądra – zazwyczaj izotopy wodoru zwane deuterem i trytem – w jądro helu, uwalniając energię zgodnie z równaniem Einsteina E=mc². Wymaga to niezwykłych warunków: paliwo musi być podgrzane do około 150 milionów °C, aby pokonać elektrostatyczne odpychanie jąder weforum.org. Paliwo staje się plazmą (zjonizowanym gazem), utrzymywaną albo przez silne pola magnetyczne (tokamaki lub stellaratory), albo przez implozję peletek paliwa za pomocą intensywnych laserów (synteza inercyjna). W tokamaku nadprzewodzące magnesy tworzą magnetyczną „butelkę”, która trzyma gorącą plazmę z dala od ścian reaktora. W syntezie inercyjnej potężne lasery symetrycznie ściskają maleńką kapsułkę paliwa, aż do zapłonu syntezy.
Dla porównania, jądrowe rozszczepienie (stosowane w dzisiejszych reaktorach) rozbija ciężkie atomy (takie jak uran lub pluton) na mniejsze fragmenty, uwalniając energię i wiele neutronów. Synteza ma kilka kluczowych zalet nad rozszczepieniem. Paliwo do syntezy jest znacznie bardziej obfite i bogatsze w energię. Na przykład, amerykańskie laboratorium narodowe podaje, że synteza daje około cztery razy więcej energii z kilograma paliwa niż rozszczepienie, i prawie cztery miliony razy więcej niż spalanie węgla lub ropy datacentremagazine.com. Izotopy paliwa (deuter i tryt) można pozyskiwać z wody morskiej i litu, podczas gdy rozszczepienie wymaga rzadkiego, wydobywanego uranu. Produkty uboczne syntezy są mniej kłopotliwe: głównie hel (gaz obojętny) i wysokoenergetyczne neutrony; nie ma ryzyka niekontrolowanej reakcji łańcuchowej ani stopienia rdzenia. Co ważne, synteza wytwarza niewiele długożyciowych odpadów promieniotwórczych. (Sam tryt jest promieniotwórczy, ale ma krótki czas połowicznego rozpadu, a inna indukowana promieniotwórczość w strukturach zanika znacznie szybciej niż odpady z rozszczepienia.) Krótko mówiąc, synteza obiecuje czystsze i bezpieczniejsze rozwiązanie, potencjalnie dostarczając ogromną moc podstawową bez emisji gazów cieplarnianych weforum.org, euro-fusion.org.
Najważniejsze projekty syntezy jądrowej: Rządy i laboratoria na całym świecie prowadzą na dużą skalę eksperymenty z syntezą:
- ITER (Francja, projekt międzynarodowy): Najbardziej ambitnym projektem jest ITER, gigantyczny reaktor fuzyjny zbudowany w południowej Francji. ITER jest finansowany przez 33 kraje (UE, USA, Chiny, Rosja, Japonia, Indie, Korea) i ma na celu wykazanie wykonalności energii z fuzji na dużą skalę world-nuclear-news.org. Został zaprojektowany, aby wytworzyć 500 MW mocy z fuzji przez 400 sekund, wykorzystując 50 MW mocy grzewczej world-nuclear-news.org – dziesięciokrotny wzrost energii, jeśli się powiedzie – ale sam nie będzie wytwarzał energii elektrycznej world-nuclear-news.org. Jego celem jest udowodnienie zasad fizyki i technologii: pierwsza plazma jest obecnie planowana na 2035 rok (opóźnienie względem pierwotnego 2025) world-nuclear-news.org. Budowa rozpoczęła się w 2010 roku, a większość głównych komponentów jest już zmontowana. ITER napotkał typowe opóźnienia dla projektów „pierwszego tego typu” (zamknięcia z powodu pandemii, problemy inżynieryjne) world-nuclear-news.org, ale pozostaje centralnym punktem światowych badań i rozwoju fuzji.
- JET (Wielka Brytania/Europa): Joint European Torus w Culham, Wielka Brytania, był przez dziesięciolecia największym działającym tokamakiem na świecie. Od 1983 roku aż do wycofania w 2023 roku, JET był pionierem w użyciu prawdziwego paliwa fuzyjnego (mieszanki deuter-trit). W swoich ostatnich eksperymentach (koniec 2023), JET ustanowił nowy rekord, uwalniając 69,3 MJ energii z fuzji w ciągu 5 sekund euro-fusion.org. (Dla porównania, to znacznie przewyższa wcześniejsze rekordy tokamaków i nawet przekroczyło niedawny rekordowy wynik w amerykańskim National Ignition Facility.) Osiągnięcie JET potwierdziło kontrolę naukowców nad plazmą fuzyjną i będzie miało bezpośredni wpływ na działanie ITER euro-fusion.org. Brytyjscy urzędnicy okrzyknęli „łabędzi śpiew” JET dowodem na to, że „jesteśmy bliżej energii z fuzji niż kiedykolwiek wcześniej” euro-fusion.org.
- NIF (USA, LLNL): Narodowa Instalacja Zapłonu w Kalifornii stosuje podejście napędzane laserem. W grudniu 2022 roku NIF trafił na pierwsze strony gazet, osiągając zapłon syntezy: jego lasery dostarczyły 2,05 MJ do kapsuły paliwowej i wygenerowały 3,15 MJ energii z syntezy – więcej energii na wyjściu niż na wejściu lasers.llnl.gov. Był to pierwszy raz, gdy jakikolwiek eksperyment syntezy osiągnął ten kamień milowy. Co istotne, naukowcy z LLNL od tego czasu powtórzyli i przekroczyli ten wynik w 2023 roku: w lipcu uzyskano 3,88 MJ (z 2,05 MJ na wejściu), a w październiku 3,4 MJ (z 2,2 MJ na wejściu) lasers.llnl.gov. Te powtarzające się wzrosty celu (wyjście syntezy przekraczające wejście) pokazują, że zapłon można osiągnąć niezawodnie. Jednak lasery NIF zużywają około 100 razy więcej energii ogółem niż dostarczają do celu, więc sam NIF nie jest systemem produkującym energię lasers.llnl.gov. Zamiast tego potwierdza fizykę syntezy i kieruje projektami „syntezy inercyjnej”.
- EAST i KSTAR (Azja): Chiński tokamak EAST („Sztuczne Słońce”) oraz południowokoreański tokamak KSTAR rozwijają plazmy o długim czasie trwania. W styczniu 2025 roku EAST utrzymał plazmę syntezy o wysokiej wydajności przez 1 066 sekund (ponad 17 minut) – nowy rekord świata english.cas.cn. Poprawił tym samym swój własny rekord z 2023 roku wynoszący 403 sekundy. Tak długie impulsy są kluczowe dla przyszłych elektrowni. KSTAR osiągnął własne kamienie milowe (ponad 100 sekund przy >100 milionach °C w 2022 roku). Eksperymenty te dowodzą, że nadprzewodzące tokamaki mogą utrzymać plazmę spalającą, co wpływa na projekty takie jak przyszła chińska pilotażowa elektrownia syntezowa (CFETR) i brytyjski STEP.
- Inne krajowe inicjatywy: Japonia uruchamia swój tokamak JT-60SA (następcę starszego JT-60) przy wsparciu UE. Kanadyjski Projekt ITER (Fusion for Energy) oraz projekty w Rosji, Indiach i innych krajach również wnoszą swój wkład. Tymczasem niemiecki stellarator Wendelstein 7-X (inna geometria magnetyczna) eksperymentuje z alternatywnymi metodami utrzymania plazmy.
Wyścig o syntezę w sektorze prywatnym: W ostatnich latach dziesiątki startupów dołączyły do wysiłków na rzecz syntezy, ożywiając tę dziedzinę prywatnym kapitałem i innowacjami:
- Commonwealth Fusion Systems (CFS, USA): Spin-off z MIT, CFS buduje SPARC, kompaktowy tokamak wykorzystujący najnowocześniejsze nadprzewodzące magnesy. Celem SPARC jest wykazanie dodatniego bilansu energetycznego fuzji w małej skali. Budowa jest już mocno zaawansowana w Massachusetts; pierwsza plazma planowana jest na około 2026 rok reuters.com. CFS zebrało ponad 2 miliardy dolarów, z głównymi inwestorami (włoskie ENI, singapurski Temasek, norweski Equinor itd.) reuters.com. W grudniu 2024 roku CFS ogłosiło plany dotyczące ARC, pilotażowej elektrowni o mocy 400 MW w Wirginii, która ma dostarczać energię elektryczną do sieci na początku lat 30. XXI wieku reuters.com. (ARC byłby „pierwszą na świecie elektrownią fuzyjną na skalę sieciową”, jeśli zostanie zrealizowany.) Dyrektor generalny CFS, Bob Mumgaard, ostrzega, że „nie ma gwarancji”, iż wszystko pójdzie zgodnie z planem, ale inwestorzy wydają się być pewni reuters.com.
- TAE Technologies (USA): TAE (dawniej Tri Alpha Energy) stosuje podejście Field-Reversed Configuration (FRC) z paliwem aneutronowym. W kwietniu 2025 roku firma poinformowała o przełomowym osiągnięciu „Norm”: dzięki nowatorskiemu wstrzykiwaniu wiązki neutronowej ich najnowszy prototyp osiągnął stabilną plazmę w temperaturach powyżej 70 milionów °C datacentremagazine.com. Ten postęp „dramatycznie zmniejsza złożoność i koszty”, twierdzi firma. Google współpracuje z TAE (stosując AI do optymalizacji plazmy) i przewodził ostatniej rundzie finansowania datacentremagazine.com. CEO TAE, Michl Binderbauer, podkreśla potencjał fuzji: „Fuzja ma potencjał, by zmienić krajobraz energetyczny, dostarczając niemal nieograniczoną czystą energię” datacentremagazine.com. (TAE podkreśla również, że fuzja daje około 4× więcej energii na jednostkę masy niż rozszczepienie datacentremagazine.com, a ich podejście D–³He emituje głównie naładowane cząstki zamiast neutronów datacentremagazine.com.)
- Helion Energy (USA): Wspierana przez inwestorów, w tym Microsoft i Sama Altmana z OpenAI, Helion rozwija impulsowy system fuzji wykorzystujący cykl paliwowy D–³He oraz bezpośrednie odzyskiwanie energii elektrycznej (bez turbiny parowej). Prototyp „Trenta” już w 2021 roku przekroczył 100 milionów °C world-nuclear-news.org, a najnowsza maszyna Polaris rozpoczęła pracę w 2024 roku world-nuclear-news.org. W lipcu 2025 Helion rozpoczął budowę swojej elektrowni Orion w stanie Waszyngton world-nuclear-news.org. Orion (50 MW netto) ma zostać uruchomiony do 2028 roku world-nuclear-news.org, a Microsoft podpisał umowę na zakup 50 MW z tej elektrowni od 2028 roku businessinsider.com, world-nuclear-news.org – to pierwszy w historii komercyjny zakup energii z fuzji jądrowej. Dyrektor ds. biznesowych Helion, Scott Krisiloff, zauważa: „Nigdy nie byliśmy w stanie ujarzmić [fuzji] na Ziemi w taki sposób, by produkować z niej energię elektryczną… ale Helion twierdzi, że jego urządzenie nie wykorzystuje kriogenicznych nadprzewodzących magnesów i bezpośrednio przekształca energię z fuzji w elektryczność world-nuclear-news.org.”
- Inne firmy: Liczne startupy rozwijają różnorodne koncepcje fuzji. Kanadyjska General Fusion (wspierana przez Jeffa Bezosa) bada fuzję z użyciem magnetycznego celu; brytyjska Tokamak Energy buduje małe sferyczne tokamaki z magnesami o wysokim polu; firma z Princeton Helicity (obecnie Zap Energy) i inne testują liniowe reaktory współosiowe. Każda z nich deklaruje innowacje w zakresie uwięzienia plazmy, materiałów lub konstrukcji reaktora.
Najnowsze przełomy (2023–2025): Ostatnie dwa lata przyniosły kilka głośnych kamieni milowych:
- Zapłon fuzji i powtórzenia: W NIF w Lawrence Livermore, strzał zapłonowy z 2022 roku został powtórzony, a nawet ulepszony. Eksperyment z lipca 2023 przyniósł 3,88 MJ energii z fuzji (przy 2,05 MJ energii lasera) – to najwyższy wynik w historii lasers.llnl.gov. NIF wykazał już zapłon wielokrotnie, pokazując, że wyniki są powtarzalne lasers.llnl.gov. Eksperymenty te potwierdzają, że fizyka zapłonu fuzji działa, choć pozostają one niewielkie w porównaniu z całkowitym zużyciem energii przez obiekt.
- Nowe rekordy świata: Na początku 2024 roku ostatnie eksperymenty JET dostarczyły rekordowe 69,26 MJ energii z fuzji w jednym impulsie euro-fusion.org. Ten „nowy rekord świata” osiągnięto w trwającym 6 sekund spalaniu, używając jedynie 0,21 mg paliwa euro-fusion.org – to energia porównywalna ze spaleniem 2 kg węgla. Tymczasem chiński tokamak EAST podniósł poprzeczkę czasu trwania impulsu: w styczniu 2025 utrzymał plazmę o wysokiej mocy przez 1 066 sekund (prawie 18 minut) english.cas.cn, bijąc swój poprzedni rekord 403 sekund. Wyniki te pokazują, że długotrwała, stabilna praca plazmy (niezbędna dla elektrowni) staje się możliwa.
- Sukcesy prywatnych laboratoriów: Urządzenie „Norm” firmy TAE (wiosna 2025) i Polaris firmy Helion (2024) to przykłady potwierdzenia koncepcji przez sektor prywatny w warunkach fuzji datacentremagazine.com, world-nuclear-news.org. CFS zainstalowało większość urządzeń SPARC (w tym nowej generacji nadprzewodzące magnesy) i planuje pierwszą plazmę za około dwa lata. Helion buduje swoją pierwszą elektrownię według harmonogramu fabrycznego. Każdy tydzień przynosi wiadomości o nowych kontraktach lub inwestycjach – na przykład ostatnie finansowanie TAE przez Google i umowa Microsoftu z Helionem pokazują rosnące zainteresowanie korporacji fuzją.
Perspektywy ekspertów: Czołowi naukowcy i decydenci są entuzjastyczni, ale ostrożni. Podczas COP28 pod koniec 2023 roku, amerykański wysłannik ds. klimatu John Kerry powiedział, że „fuzja [ma] potencjał, by zrewolucjonizować nasz świat” weforum.org, a 35 państw podpisało inicjatywę na rzecz zwiększenia badań i rozwoju w dziedzinie fuzji weforum.org. Kim Budil, dyrektor LLNL, zauważa, że innowacje w sektorze prywatnym przyspieszają, ale przyznaje, że rzeczywiste elektrownie mogą być nadal „oddalone o dwie lub trzy dekady” weforum.org. Liderzy EUROfusion podkreślają, że sukces JET „budzi większą pewność” w rozwoju fuzji euro-fusion.org. Bob Mumgaard z CFS twierdzi, że większe inwestycje są uzasadnione: „jeśli się nie przygotujesz, to [fuzja] się nie [powiedzie]” reuters.com. Zwolennicy fuzji często podkreślają jej zalety: na przykład dyrektor generalny EUROfusion Ambrogio Fasoli mówi, że ostatnie eksperymenty „pogłębiają nasze zrozumienie” i zwiększają pewność, że ITER i przyszłe elektrownie DEMO będą działać euro-fusion.org. Michl Binderbauer z TAE zachwyca się, że fuzja oferuje „niemal nieograniczoną czystą energię” w kompaktowych urządzeniach datacentremagazine.com.
Wyzwania komercjalizacji: Pomimo entuzjazmu, pozostają ogromne wyzwania. Aby zainicjować fuzję, paliwo musi osiągnąć ~150 milionów °C i pozostać wystarczająco długo skonfiskowane – to wyczyn wymagający ekstremalnej inżynierii weforum.org. Materiały muszą wytrzymać intensywne promieniowanie neutronowe i strumień ciepła. Ekonomicznie rzecz biorąc, reaktory muszą stać się znacznie tańsze: przekroczenia kosztów ITER podkreślają skalę i kosztowność inżynierii fuzji world-nuclear-news.org. Dostawy paliwa nie są trywialne: tryt jest radioaktywny i rzadki, więc przyszłe elektrownie będą potrzebowały płaszczy litu do jego produkcji. Być może najważniejsze jest to, że net power wciąż nie zostało udowodnione. Jak zauważa Reuters, „najważniejszym technologicznym pytaniem” dotyczącym fuzji jest to, jak uzyskać więcej energii niż się wkłada reuters.com. Amerykański DOE nazywa przełom z zeszłego roku „wielkim przełomem naukowym, na który czekano dekadami”, podkreślając, jak długa była ta droga theguardian.com. Brytyjski minister Andrew Bowie ostrzegł, że nawet sukces JET to „dopiero początek” – potrzebne są dalsze innowacje i inwestycje (Wielka Brytania zobowiązała się przeznaczyć 650 mln funtów na badania nad fuzją)euro-fusion.org.
Przyszły wpływ fuzji: Jeśli te wyzwania zostaną pokonane, fuzja może radykalnie przekształcić energetykę, klimat i geopolitykę. Paliwo do fuzji (deuter, tryt produkowany z litu) jest praktycznie nieograniczone i dostępne na całym świecie. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, fuzja nie emituje CO₂, a – jak zauważa EUROfusion – spalanie izotopów wodoru wytwarza „ogromną [cieplną] energię bez żadnego wkładu w efekt cieplarniany”, bez „długowiecznych odpadów” i z „wrodzonym bezpieczeństwem” działania euro-fusion.org. W praktyce jeden kilogram paliwa do fuzji może dać tyle energii, co miliony kilogramów węgla. Oznacza to, że fuzja mogłaby dostarczać ciągłą moc podstawową, uzupełniając energię słoneczną i wiatrową, potencjalnie radykalnie ograniczając emisje dwutlenku węgla z energetyki i przemysłu. Mogłaby uczynić z każdego kraju eksportera energii: geopolityka ropy i gazu zmieniłaby się, gdyby energia była tak powszechna jak woda morska. Analitycy twierdzą, że obietnica fuzji jest trudna do przecenienia. Jak donosi Reuters, CFS twierdzi, że przyszła elektrownia ARC może „zrewolucjonizować światowy przemysł energetyczny”, czerpiąc z „praktycznie nieograniczonego źródła energii” podobnego do gwiazd reuters.com. Rzeczywiście, wiele rządów traktuje obecnie fuzję jako część strategii osiągnięcia zerowej emisji netto – choć jednocześnie studzi oczekiwania co do terminu realizacji.
Perspektywy: Fuzja jądrowa nie jest krótkoterminowym rozwiązaniem dla kryzysu klimatycznego. Jak zauważa jeden z artykułów Guardiana, naukowcy „ostrzegają, że technologia ta jest daleka od gotowości do przekształcenia w opłacalne elektrownie” theguardian.com. Nikt nie spodziewa się, że fuzja zasili sieć energetyczną w tej dekadzie. Jednak nastąpiła wyraźna zmiana: po dekadach stagnacji finansowania, fuzja jest obecnie wspierana przez główne rządy (budżety USA, UE, Chin, Wielkiej Brytanii rosną weforum.org), współpracę międzynarodową (ITER, STEP itd.) oraz napływ prywatnych inwestycji. Czołowi badacze fuzji zgadzają się, że sukces będzie wymagał globalnej współpracy: jak powiedziała Kim Budil z LLNL, „partnerstwa publiczno-prywatne” są niezbędne weforum.org.
Dla opinii publicznej kluczowym wnioskiem jest to, że energia z fuzji to wyścig – przedsięwzięcie o wysokim ryzyku i wysokiej nagrodzie. Ostatnie przełomy pokazują, że prawa fizyki działają, ale zbudowanie użytecznej elektrowni fuzyjnej to inżynieryjny maraton. Jeśli się powiedzie, nagroda może być niczym innym jak rewolucją czystej energii: przyszłością, w której moc Słońca zostaje ujarzmiona na Ziemi, zasilając nasze miasta i przemysł przy minimalnym wpływie na klimat.
Źródła: Konsultowano autorytatywne organizacje badawcze zajmujące się fuzją, media informacyjne i publikacje naukowe. Kluczowe ostatnie kamienie milowe i cytaty ekspertów pochodzą ze źródeł takich jak Światowe Forum Ekonomiczne weforum.org, World Nuclear News world-nuclear-news.org, raporty międzynarodowych projektów fuzyjnych euro-fusion.org, Reuters reuters.com oraz publikacje Departamentu Energii USA/LLNL lasers.llnl.gov. Stanowią one podstawę faktograficzną powyższego przeglądu nauki o fuzji, jej historii i perspektyw.
