Nowy rodzaj reaktora termojądrowego zbudowanego w Princeton

Zespół fizyków i inżynierów z Uniwersytetu Princeton zbudował skręcany reaktor termojądrowy, znany jako stellarator, wykorzystujący magnesy trwałe, prezentując potencjalnie opłacalny sposób budowania potężnych maszyn. Ich eksperyment, nazwany MUSE, opiera się na drukowanych w 3D i gotowych częściach.

Fuzja jądrowa, reakcja napędzająca gwiazdy takie jak nasze Słońce, wytwarza ogromne ilości energii poprzez łączenie atomów (nie mylić z rozszczepieniem jądra, które wytwarza mniej energii w wyniku rozszczepienia atomów). Rozszczepienie jądrowe to reakcja zachodząca w rdzeniu nowoczesnych reaktorów jądrowych zasilających sieci elektryczne; naukowcom nie udało się jeszcze złamać kodu dotyczącego syntezy jądrowej jako źródła energii. Nawet po osiągnięciu tego długo oczekiwanego celu skalowanie technologii i zapewnienie jej opłacalności komercyjnej jest sprawą samą w sobie .

Stellaratory to urządzenia w kształcie Crullera, które zawierają wysokotemperaturową plazmę, którą można dostroić tak, aby sprzyjała warunkom reakcji termojądrowych. Są podobne do tokamaków, urządzeń w kształcie pączka, które przeprowadzają reakcje termojądrowe . Tokamaki działają w oparciu o solenoidy , czyli magnesy przewodzące prąd elektryczny. MUZA jest inna.

„Wykorzystanie magnesów trwałych to zupełnie nowy sposób projektowania stellaratorów” – powiedział Tony Qian, fizyk z Uniwersytetu Princeton i główny autor dwóch artykułów opublikowanych w Journal of Plasma Physics and Nuclear Fusion , które opisują projekt eksperymentu MUSE. „Ta technika pozwala nam szybko testować nowe pomysły na ograniczanie plazmy i łatwo budować nowe urządzenia”.

Magnesy trwałe nie potrzebują prądu elektrycznego do wytwarzania pola magnetycznego i można je kupić od ręki. Eksperyment MUSE przykleił takie magnesy do skorupy wydrukowanej w 3D.

„Uświadomiłem sobie, że nawet jeśli magnesy trwałe ziem rzadkich zostaną umieszczone obok innych magnesów, mogą generować i utrzymywać pola magnetyczne niezbędne do zamknięcia plazmy, aby mogły zachodzić reakcje termojądrowe” – Michael Zarnstorff, pracownik naukowy w uniwersyteckim Laboratorium Fizyki Plazmy i główny badacz projektu MUSE w notatce prasowej. „To właśnie ta właściwość sprawia, że ​​ta technika działa.”

W ubiegłym roku naukowcy z Laboratorium Narodowego Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) przy Departamencie Energii osiągnęli próg rentowności w reakcji termojądrowej ; to znaczy, że reakcja wytworzyła więcej energii, niż potrzeba do jej zasilenia . Jednak w tym wyróżnieniu nie uwzględniono „siły ściany” niezbędnej do wywołania reakcji. Innymi słowy, przed nami jeszcze długa, długa droga.

Przełomu w projekcie LLNL dokonano poprzez świecenie potężnymi laserami na kulkę atomów, co jest procesem innym niż reakcje termojądrowe w plazmie, które zachodzą w tokamakach i gwiazdach. Drobne poprawki w urządzeniach, takie jak zastosowanie magnesów trwałych w MUSE lub ulepszony odwracacz wolframu w tokamaku KSTAR , ułatwiają naukowcom replikowanie konfiguracji eksperymentalnych i dłuższe przeprowadzanie eksperymentów w wysokich temperaturach.

Podsumowując, te innowacje pozwolą naukowcom zrobić więcej , korzystając z plazmy na wyciągnięcie ręki, i być może – tylko może – osiągnąć osławiony cel, jakim jest użyteczna i skalowalna energia termojądrowa.