Moc energii syntezy jądrowej może wreszcie zostać uwolniona dzięki nowej aktualizacji fizyki

W świecie energii odnawialnej być może nie ma bardziej ambitnego celu niż energia termojądrowa. Obejmuje to fuzję atomów wodoru w hel – proces, który generuje niesamowitą ilość energii. To reakcja, która pojawia się w każdej chwili na słońcu, ale powielanie jej na Ziemi jest bardzo żmudnym procesem. Jeśli jednak odniesiemy sukces, będziemy mieli czyste źródło odnawialnej energii elektrycznej, które zaspokoi nasze rosnące potrzeby energetyczne.

W tym celu naukowcy badają zjawisko zwane „zapłonem”, które polega na tym, że reaktor termojądrowy generuje więcej energii niż jest to potrzebne do wywołania początkowej reakcji. Trwa kilka poważnych prób osiągnięcia tego celu, w tym międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy (ITER) we Francji. Ten wysiłek wykorzystuje potężne magnesy w maszynie zwanej tokamakiem do wytworzenia przegrzanej plazmy wytworzonej przy użyciu paliwa wodorowego.

Ale jest haczyk: paliwa wodorowego wystarczy włożyć do tokamaka, zanim wszystko zacznie się psuć.

„Jednym z ograniczeń w wytwarzaniu plazmy wewnątrz tokamaka jest ilość paliwa wodorowego, jaką można do niego wstrzyknąć” – powiedział Paolo Ricci, naukowiec ze Swiss Plasma Center. Powiedział w komunikacie prasowym. „Od wczesnych dni syntezy termojądrowej wiedzieliśmy, że jeśli spróbujesz zwiększyć gęstość paliwa, w pewnym momencie pojawi się coś, co nazywamy turbulencją – w zasadzie całkowicie tracisz pułapkę, a plazma trafia tam, gdzie To jest.”

Aby rozwiązać ten problem, naukowcy zaczęli szukać różnych równań do pomiaru maksymalnej ilości wodoru, jaką można umieścić w tokamaku przed pęknięciem. Jedno z praw, które się do niego przylgnęło i stało się podstawą w świecie badań nad syntezą jądrową, jest znane jako „Granica Greenwalda”, która mówi, że ilość paliwa, jaką może zużyć tokamak, jest bezpośrednio związana z promieniem maszyny. Naukowcy stojący za ITERem zbudowali nawet swoje urządzenia w oparciu o to prawo.

Ale nawet granice Greenwalda nie były doskonałe.

„Granica Greenwalda jest tym, co nazywamy „eksperymentalnym” prawem lub granicą, co zasadniczo oznacza, że ​​jest jak ogólna zasada oparta na obserwacjach dokonanych na poprzednich eksperymentach” – powiedział Alex Zilstra, fizyk eksperymentalny z Lawrence Livermore National Laboratory w Kalifornii. Daily Beast na e-mail. „Są to bardzo przydatne, ale zawsze musimy być ostrożni, gdy stosujemy je poza okolicznościami, w których mamy dane z prób”.

Dlatego Ritchie i jego zespół zakwestionowali tę silną wiarę w: nowy papier Opublikowane 6 maja w magazynie Fizyczne listy kontrolne. Wysunęli w nim hipotezę, że limit Greenwalda rzeczywiście może zostać podniesiony – prawie dwukrotnie więcej niż ilość paliwa wodorowego, która mogłaby trafić do tokamaka w celu wytworzenia plazmy. Ich odkrycia mogą położyć podwaliny pod przyszłe reaktory termojądrowe, takie jak DEMO — następca obecnie opracowywanego reaktora ITER — aby w końcu osiągnąć zapłon.

„To ważne, ponieważ pokazuje, że intensywność, jaką można osiągnąć w tokamaku, wzrasta wraz z mocą potrzebną do jego uruchomienia” – powiedział Ritchie. „W rzeczywistości DEMO będzie działać przy znacznie większej mocy niż obecne tokamaki i ITER, co oznacza, że ​​można zwiększyć gęstość paliwa bez zmniejszania wydajności, w przeciwieństwie do prawa Greenwalda. I to bardzo dobra wiadomość.”

Zylstra uważa, że ​​odkrycie zespołu jest ważne, ponieważ rzuca światło na przyczyny ograniczeń reaktorów termojądrowych. Stwierdza również, że projekty tokamaków, takie jak ITER lub DEMO, mogą być „mniej restrykcyjne niż wcześniej sądzono”. Przy dwukrotnej gęstości paliwa może to radykalnie poprawić moc wyjściową tokamaka – iw końcu doprowadzić do zapłonu.

„Fuzja to bardzo trudny problem – zarówno z naukowego, jak i technologicznego punktu widzenia, a urzeczywistnienie mocy fuzji wymaga wielu postępów krok po kroku” – dodał Zilstra. „Jeżeli badanie to zostanie poddane dalszej walidacji, zwłaszcza na maszynach takich jak ITER, z pewnością pomoże to społeczności zajmującej się fuzją magnetyczną w projektowaniu i ulepszaniu przyszłych projektów obiektów eksperymentalnych i wytwarzania energii”.