W gminie Escúzar, położonej niedaleko malowniczej Granady w Hiszpanii, niedawno uczczono kluczowy moment dla przyszłości europejskiej i światowej energetyki. Położenie kamienia węgielnego rozpoczęło budowę zaawansowanej infrastruktury naukowej IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility – Demo Oriented Neutron Source), projektu stanowiącego przełom w badaniach i rozwoju energii termojądrowej. To ambitne przedsięwzięcie, w którym Chorwacja wraz z Hiszpanią odgrywa wiodącą rolę, ma kluczowe znaczenie dla testowania i kwalifikacji materiałów niezbędnych do budowy przyszłych elektrowni termojądrowych, w tym elektrowni demonstracyjnej DEMO.

Energia termojądrowa: Gwiezdna moc dla przyszłości Ziemi

Energia termojądrowa, proces napędzający Słońce i gwiazdy, od dziesięcioleci znajduje się w centrum zainteresowania naukowców jako potencjalnie niewyczerpane, bezpieczne i przyjazne dla środowiska źródło energii. W przeciwieństwie do rozszczepienia, które dzieli ciężkie jądra atomowe, fuzja łączy lekkie jądra, takie jak izotopy wodoru (deuter i tryt), uwalniając przy tym ogromne ilości energii. Paliwo do fuzji, deuter, jest dostępny w wodzie morskiej, podczas gdy tryt można wytwarzać w samej elektrowni termojądrowej z litu, metalu również szeroko rozpowszechnionego. Zalety fuzji są liczne: nie wytwarza długożyciowych odpadów promieniotwórczych wysokiego stopnia niebezpieczeństwa jak elektrownie oparte na rozszczepieniu, nie emituje gazów cieplarnianych podczas pracy oraz z natury eliminuje ryzyko niekontrolowanej reakcji łańcuchowej, która mogłaby prowadzić do katastrofalnych awarii. Osiągnięcie kontrolowanej fuzji na Ziemi jest jednym z największych wyzwań naukowo-technologicznych XXI wieku, ale także obietnicą długoterminowego rozwiązania globalnych potrzeb energetycznych i zmian klimatycznych.

Europejska strategia i kluczowa rola DONES

Unia Europejska z zaangażowaniem pracuje nad osiągnięciem energii termojądrowej poprzez kompleksową strategię opartą na trzech fundamentalnych filarach. Pierwszym jest ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ogromny międzynarodowy reaktor eksperymentalny budowany w Cadarache we Francji, mający na celu udowodnienie naukowej i technologicznej wykonalności fuzji jako źródła energii. Po ITER nastąpi DEMO, demonstracyjna elektrownia termojądrowa, która powinna być pierwszą elektrownią produkującą energię elektryczną z fuzji i dostarczającą ją do sieci, potwierdzając jej opłacalność ekonomiczną. Właśnie dla sukcesu DEMO kluczowy jest trzeci filar – IFMIF-DONES. Mianowicie, jednym z największych wyzwań w rozwoju elektrowni termojądrowych jest znalezienie materiałów, które mogą wytrzymać ekstremalne warunki panujące wewnątrz reaktora, w szczególności intensywne napromieniowanie neutronami o wysokiej energii (do 14 MeV) i wysokie temperatury. Istniejące materiały i wiedza, oparte głównie na doświadczeniach z reaktorów rozszczepialnych, nie są wystarczające, ponieważ warunki pracy znacznie się różnią. IFMIF-DONES będzie unikalnym światowym centrum testowania, walidacji i kwalifikacji zaawansowanych materiałów, symulującym warunki napromieniowania neutronami, jakich oczekuje się w elektrowniach termojądrowych. Bez danych, które dostarczy DONES, bezpieczna i niezawodna budowa DEMO nie byłaby możliwa.

Znaczenie projektu IFMIF-DONES zostało również uznane na najwyższym szczeblu europejskim poprzez włączenie go do Planu Drogowego Europejskiego Forum Strategii ds. Infrastruktur Badawczych (ESFRI), najpierw do Planu na rok 2018, a następnie do zaktualizowanego Planu na rok 2021. Tym samym IFMIF-DONES został pozycjonowany jako jedna z kluczowych strategicznych infrastruktur badawczych dla europejskich naukowców w dziedzinie badań energetycznych i innowacji, mająca na celu wzmocnienie europejskiej konkurencyjności i przywództwa technologicznego w tym kluczowym sektorze. Lokalizacja w Granadzie została wybrana w grudniu 2017 roku po pozytywnej ocenie wspólnego hiszpańsko-chorwackiego wniosku przez agencję Fusion for Energy (F4E).

Chorwacki wkład: Wiedza i innowacje w sercu projektu

Chorwacja od samego początku odgrywa niezwykle ważną i proaktywną rolę w projekcie DONES. Jako jeden z dwóch wiodących krajów, obok Hiszpanii jako kraju goszczącego, Chorwacja nie tylko wcześnie rozpoznała strategiczną wartość tego przedsięwzięcia, ale także aktywnie uczestniczy w jego projektowaniu naukowym, rozwoju technologicznym i przygotowaniach do wdrożenia. Chorwaccy naukowcy, inżynierowie i instytucje, zrzeszeni w konsorcjum DONES.HR koordynowanym przez Instytut Ruđera Boškovicia (IRB), od lat pilnie pracują nad rozwojem specyficznych technologii i komponentów dla DONES. Ich wkład obejmuje szeroki zakres dziedzin, od badań i rozwoju zaawansowanych materiałów, poprzez projektowanie i budowę zaawansowanych detektorów promieniowania, po rozwój złożonych systemów zdalnego sterowania i konserwacji w środowisku wymagającym pod względem radiacyjnym. To wczesne zaangażowanie zapewnia Chorwacji nie tylko prestiż naukowy, ale także możliwość transferu technologii i wzmocnienia potencjału krajowego przemysłu.

Dr sc. Tonči Tadić, wybitny fizyk z Instytutu Ruđera Boškovicia, kierownik chorwackich działań w zakresie fuzji i koordynator zespołu projektowego DONES.HR, podkreśla multidyscyplinarność i dalekosiężność DONES: „Podstawową misją DONES jest napromienianie i testowanie materiałów przeznaczonych na pierwszą ścianę przyszłych elektrowni termojądrowych. Jednak DONES będzie czymś znacznie więcej. Będzie służyć jako potężne i wszechstronne źródło neutronów, otwierając drzwi do szerokiego zakresu badań w naukach podstawowych i stosowanych. Obejmuje to takie dziedziny, jak fizyka jądrowa niezwiązana z fuzją, fizyka medyczna, gdzie neutrony mogą być wykorzystywane do diagnostyki i terapii, fizyka ciała stałego do badania struktury materiałów, badania podstawowe w biologii i medycynie, aż po rozwój nowych technologii w inżynierii mechanicznej i materiałoznawstwie. Każda zainteresowana instytucja naukowa, zespół badawczy lub partner przemysłowy będzie mógł proponować i prowadzić własne badania, korzystając z możliwości DONES”. Dr Tadić zwraca również uwagę, że w ramach projektu opracowuje się i produkuje dużą ilość wysoce wyspecjalizowanego, a często całkowicie nowego sprzętu, od zaawansowanych systemów detekcyjnych po zrobotyzowane dźwigi i manipulatory do zdalnej obsługi napromieniowanych próbek, co stanowi znaczące wyzwanie technologiczne i szansę na innowacje.

Aspekty techniczne i cele naukowe IFMIF-DONES

W sercu obiektu IFMIF-DONES znajdować się będzie potężny akcelerator cząstek. Akcelerator ten będzie wytwarzał intensywną wiązkę deuteronów (D+), jonów deuteru, o prądzie 125 miliamperów (mA) i energii 40 megaelektronowoltów (MeV). Ta wysokoenergetyczna wiązka deuteronów będzie skierowana na tarczę z ciekłego litu. Tarcza będzie uformowana jako cienka kurtyna z ciekłego litu o grubości około 25 milimetrów, która będzie przepływać z dużą prędkością około 15 metrów na sekundę, aby zapewnić skuteczne chłodzenie i stabilność tarczy pod intensywnym bombardowaniem deuteronami. Podczas uderzania deuteronów w jądra litu zachodzić będą reakcje jądrowe, które wygenerują silny strumień neutronów o wysokiej energii, o widmie bardzo podobnym do oczekiwanego w elektrowniach termojądrowych. Właśnie ten strumień neutronów, o wystarczającej intensywności, aby w przyspieszony sposób symulować uszkodzenia, jakie neutrony spowodowałyby podczas wieloletniej pracy reaktora termojądrowego, będzie wykorzystywany do napromieniania próbek różnych materiałów. Próbki te, potencjalni kandydaci na komponenty strukturalne elektrowni termojądrowych, będą umieszczone w specjalnie zaprojektowanych modułach testowych bezpośrednio za tarczą litową, w obszarze najintensywniejszego promieniowania neutronowego. Dzięki precyzyjnym pomiarom zmian właściwości fizycznych, mechanicznych i strukturalnych napromieniowanych materiałów naukowcy będą mogli stworzyć kompleksową bazę danych niezbędną do wyboru i kwalifikacji materiałów dla DEMO i przyszłych komercyjnych elektrowni termojądrowych.

Oprócz testowania materiałów konstrukcyjnych, DONES umożliwi badania i rozwój wielu innych kluczowych technologii dla fuzji, takich jak zaawansowane czujniki i elektronika odporna na promieniowanie, systemy produkcji i obsługi trytu (jednego z paliw termojądrowych), technologie wymiany ciepła przy użyciu ciekłych metali (takich jak lit) oraz systemy zdalnej obsługi i konserwacji komponentów w środowisku aktywowanym. Jest to zatem multidyscyplinarne centrum badawcze o ogromnym potencjale naukowym i przemysłowym, które przyciągnie ekspertów z całego świata do Granady.

Japonia jako partner strategiczny i globalna współpraca

Znaczący impuls dla projektu DONES nastąpił podczas jego uroczystej prezentacji na światowej wystawie EXPO w Osace, kiedy Japonia oficjalnie potwierdziła swoje strategiczne partnerstwo. Z tej okazji, 21 maja 2025 roku, na posiedzeniu Komitetu Sterującego DONES podpisano Memorandum o Współpracy między japońskim Ministerstwem Edukacji, Kultury, Sportu, Nauki i Technologii (MEXT) a hiszpańskim Ministerstwem Nauki, Innowacji i Szkolnictwa Wyższego. Tym aktem Japonia dołączyła do Chorwacji i Hiszpanii jako trzeci kluczowy partner strategiczny w projekcie, wnosząc ze sobą ogromną wiedzę, doświadczenie i ekspertyzę technologiczną w dziedzinie fuzji i zaawansowanych materiałów. Japońskie zaangażowanie dodatkowo potwierdza globalne znaczenie DONES i jego rolę w międzynarodowych wysiłkach na rzecz osiągnięcia energii termojądrowej.

Minister Nauki, Edukacji i Młodzieży Republiki Chorwacji, prof. dr sc. Radovan Fuchs, z zadowoleniem przyjął ten rozwój wydarzeń, stwierdzając: „Republika Chorwacji jest niezwykle dumna z aktywnego udziału w tym monumentalnym europejskim i globalnym przedsięwzięciu mającym na celu stworzenie zrównoważonego, bezpiecznego i czystego źródła energii dla przyszłych pokoleń. Projekt DONES to nie tylko wyzwanie naukowe, ale także inicjatywa geostrategiczna, która gromadzi państwa, wiodące instytucje naukowe i zaawansowany przemysł wokół wspólnego, szlachetnego celu. Współpraca z potęgą technologiczną, jaką jest Japonia, jest w tym kontekście nieoceniona i otwiera nowe drzwi do pogłębiania wymiany naukowej, technologicznej i gospodarczej.”

Finansowanie i udział międzynarodowy

Budowa i koszty operacyjne tak złożonej infrastruktury naukowej wymagają znacznych inwestycji finansowych i szerokiej współpracy międzynarodowej. Hiszpania, jako kraj goszczący, przoduje w inwestycjach: rząd centralny zapewni 210 milionów euro, a taką samą kwotę zainwestuje rząd regionalny Andaluzji, uznając długoterminowe korzyści dla rozwoju regionu wokół Granady. Znaczący wkład oczekiwany jest również od Komisji Europejskiej, w wysokości 202 milionów euro, poprzez różne programy finansowania badań i innowacji. Japonia zapowiedziała finansowanie w wysokości 5% całkowitych kosztów budowy obiektu oraz 8% kosztów fazy operacyjnej, co dodatkowo wzmacnia konstrukcję finansową projektu. Włochy również wyraziły duże zainteresowanie udziałem, podpisując Memorandum o Porozumieniu, i obecnie znajdują się w końcowej fazie definiowania swojego konkretnego wkładu. Szacuje się, że całkowita wartość projektu DONES przekroczy 700 milionów euro. Oczekuje się udziału ponad 17 krajów w różnych formach wkładu, czy to finansowego, czy w postaci sprzętu, wiedzy lub zasobów ludzkich, dzięki czemu DONES staje się prawdziwie globalną platformą rozwoju technologii termojądrowej.

Do zarządzania hiszpańskimi wkładami, budowy i przyszłego zarządzania obiektem, rząd hiszpański i rząd regionalny Andaluzji utworzyły specjalną agencję wykonawczą w formie publicznego konsorcjum o nazwie "IFMIF-DONES España". Konsorcjum to będzie formalnym właścicielem i operatorem obiektu oraz osobą prawną odpowiedzialną przed krajowymi organami regulacyjnymi. Będzie również odpowiedzialne za przyjęcie międzynarodowego zespołu ekspertów, który będzie uczestniczył we wszystkich fazach projektu, od projektowania i budowy po eksploatację i naukowe wykorzystanie obiektu w Escúzar.

Spojrzenie w przyszłość energetyki

Wraz z rozpoczęciem budowy infrastruktury w Escúzar koło Granady, projekt DONES wchodzi w nową, dynamiczną fazę. Symboliczne położenie kamienia węgielnego i wzmocnienie współpracy międzynarodowej, zwłaszcza z Japonią, dają silny wiatr w żagle wysiłkom zmierzającym do jak najszybszego przekształcenia energii termojądrowej z wizji naukowej w praktyczną rzeczywistość. Wyzwania są nadal duże, ale potencjalne korzyści – czysta, bezpieczna i praktycznie niewyczerpana energia – uzasadniają każdy włożony wysiłek i zasób. Chorwacja, ze swoimi naukowcami i przemysłem, ma szansę znaleźć się w czołówce tej fali technologicznej, która bez wątpienia ukształtuje energetyczną przyszłość naszej planety.