Τα Tokamaks είναι συσκευές που χρησιμοποιούνται σε σύντηξη με μαγνητικό περιορισμό. Σε αυτές τις αντιδράσεις, ένα ισχυρό μαγνητικό πεδίο χρησιμοποιείται για τον έλεγχο και τον περιορισμό του θερμού καυσίμου σύντηξης πλάσματος στον πυρήνα του αντιδραστήρα. Το πλάσμα θερμαίνεται σε υψηλές θερμοκρασίες με έγχυση ουδέτερης δέσμης ή θέρμανση ραδιοσυχνοτήτων. Ο κύριος στόχος είναι να διατηρηθεί μια σταθερή κατάσταση πλάσματος στην οποία οι αντιδράσεις σύντηξης μπορούν να συμβαίνουν συνεχώς, παρέχοντας μια απεριόριστη πηγή ενέργειας.
Μια πρόσφατη μελέτη από επιστήμονες του Εθνικού Εργαστηρίου Oakridge (ORNL), του Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) και της Tokamak Energy Ltd σηματοδοτεί μια σημαντική ανακάλυψη στην έρευνα για την ενέργεια σύντηξης. Η ομάδα έφτασε σε θερμοκρασίες σχεδόν 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου, κάτι που είναι απαραίτητο για τους σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής σύντηξης για την παραγωγή εμπορικής ενέργειας.
Επιπλέον, πέτυχαν υψηλές θερμοκρασίες σε ένα συμπαγές τοκαμάκ, κάτι που δεν είχε κάνει κανείς πριν!
Σε αυτή τη μελέτη, οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν στη βελτίωση των συνθηκών λειτουργίας ενός σφαιρικού tokamak υψηλού πεδίου (ST) που ονομάζεται ST40. Σε σύγκριση με άλλες θερμοπυρηνικές συσκευές, η συσκευή ST40 διακρίνεται για το μικρότερο μέγεθος και το σφαιρικό της πλάσμα.
Η ομάδα χρησιμοποίησε μια προσέγγιση παρόμοια με αυτή που χρησιμοποιήθηκε τη δεκαετία του 1990 στο TFTR tokamak, το οποίο παρήγαγε περισσότερα από 10 εκατομμύρια watt ισχύος σύντηξης. Το ST40 λειτουργούσε σε ένα σπειροειδές (σε σχήμα ντόνατ) μαγνητικό πεδίο με ένταση λίγο πάνω από 2 Tesla.
Για να θερμάνει το πλάσμα, η ομάδα χρησιμοποίησε 1,8 εκατομμύρια watt ουδέτερων σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Αν και η εκκένωση πλάσματος, ή η περίοδος κατά την οποία συνέβαιναν ενεργά οι θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, διήρκεσε μόνο 0,15 δευτερόλεπτα, η θερμοκρασία των ιόντων στον πυρήνα έφτασε περισσότερο από 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου.
Για να μετρήσει τις θερμοκρασίες ιόντων, η ομάδα χρησιμοποίησε τον κώδικα μεταφοράς TRANSP που αναπτύχθηκε στο PPPL. Αυτός ο κωδικός είναι χρήσιμος επειδή λαμβάνει υπόψη τα μετρούμενα προφίλ θερμοκρασίας των ακαθαρσιών και του δευτερίου, του κύριου καυσίμου που χρησιμοποιείται στους αντιδραστήρες σύντηξης.
Διαπίστωσαν ότι το εύρος θερμοκρασίας για τις ακαθαρσίες υπερβαίνει τα 8,6 keV (περίπου 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου), ενώ το εύρος θερμοκρασίας για το δευτέριο είναι κοντά σε αυτήν την τιμή. Αυτό το εύρημα υποδηλώνει ότι η μέθοδος θέρμανσης που χρησιμοποιήθηκε στο πείραμα ήταν αποτελεσματική για την επίτευξη των επιθυμητών υψηλών θερμοκρασιών.
Τα αποτελέσματα δίνουν αισιοδοξία για τη μελλοντική ανάπτυξη θερμοπυρηνικών σταθμών ηλεκτροπαραγωγής που βασίζονται σε συμπαγή σφαιρικά υψηλού πεδίου tokamaks. Αυτές οι εξελίξεις θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε πιο αποτελεσματικές και οικονομικά βιώσιμες λύσεις στον τομέα της ενέργειας σύντηξης, προσφέροντας μια πολλά υποσχόμενη πορεία για βιώσιμη και καθαρή παραγωγή ενέργειας.
Διαβάστε επίσης: