Rekordowe wyniki tokamaka WEST. Fizycy utrzymali plazmę przez ponad 22 minuty

Tokamak WEST znajduje się w centrum badań nuklearnych Cadarache w Prowansji i zarządzany jest przez naukowców z Komisji energii atomowej (CEA). W latach 1988-2010 działał pod nazwą Tore Supra. W 2013 roku przeszedł trwającą trzy lata modernizację i od tego czasu nazywany jest WEST. W 2003 roku w tym tokamaku ustanowiono rekord utrzymania plazmy. Wynosił on 390 sekund i przez lata był najlepszym wynikiem w pracach nad fuzją jądrową.

Z czasem rekord został pobity przez inne ośrodki, ale 12 lutego tego roku fizycy z WEST znów ustanowili rekord. Tym razem utrzymali plazmę w temperaturze ponad 50 milionów stopni Celsjusza przez 1337 sekund, czyli 22 minuty i 17 sekund. To duże osiągnięcie w badaniach nad fuzją termojądrową. Ostatecznym celem jest kontrolowanie naturalnie niestabilnej plazmy, przy jednoczesnym zapewnieniu, że wszystkie elementy mające z nią styczność będą w stanie wytrzymać ten kontakt bez awarii lub zanieczyszczenia.

– WEST osiągnął kamień milowy, utrzymując plazmę wodorową przez ponad dwadzieścia minut poprzez wtrysk 2 MW mocy grzewczej. Eksperymenty będą kontynuowane przy zwiększonej mocy – powiedziała Anne-Isabelle Etienvre z CEA.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

W nadchodzących miesiącach zespół z WEST zwiększy wysiłki, aby osiągnąć jeszcze dłuższy czas utrzymania plazmy. W planach jest mowa nawet o kilku godzinach. Badacze chcą też podgrzać plazmę do jeszcze wyższych temperatur. Zamierzają zwiększyć moc grzewczą do 10 MW.

Ludzkość od wieków marzyła o ujarzmieniu potęgi Słońca. Gdyby to się udało, otrzymalibyśmy źródło taniej, czystej, bezpiecznej i nieograniczonej energii. Z jednego kilograma deuteru, który występuje naturalnie w wodzie morskiej, można by zasilić setki tysięcy domostw. Zapewnilibyśmy sobie bezpieczeństwo energetyczne na lata. Do tego proces ten jest przyjazny środowisku, bo nie powstają w nim szkodliwe produkty uboczne, takie jak emisje dwutlenku węgla lub odpady radioaktywne.

Do przeprowadzenia syntezy termojądrowej potrzeba rozgrzać wodór do temperatur przekraczających 100 milionów stopni Celsjusza. Tylko wtedy lżejsze atomy będą mogły połączyć się w cięższy. A do utrzymywania plazmy w ryzach potrzeba potężnego i stabilnego pola magnetycznego. Energia wytworzona przez reakcję termojądrową powinna utrzymać temperaturę, a nadmiar ciepła może zostać przetworzony na energię elektryczną.

W tokamaku paliwo termojądrowe jest podgrzewane, aż atomy zostaną zjonizowane – dzielą się na jony o ładunku dodatnim i elektrony naładowane ujemne. Elektrony i jony tworzą następnie plazmę, zupę naładowanych cząstek, która jest utrzymywana przez pola magnetyczne. Po wytworzeniu plazmy naukowcy optymalizują wydajność fuzji. Najnowocześniejsze urządzenia pomiarowe i zaawansowane komputerowe modele predykcyjne połączone z systemami sterowania mogą regulować ciśnienie, temperaturę jonów i elektronów, stabilizując prądy elektryczne i inne procesy w tym środowisku.

Idealnym paliwem do syntezy jądrowej jest mieszanka deuteru i trytu – cięższych izotopów wodoru z odpowiednio jednym i dwoma dodatkowymi neutronami w jądrze. Ze wszystkich możliwych paliw fuzyjnych ta kombinacja stapia się zdecydowanie najłatwiej i w najniższej temperaturze. Przewiduje się, że tylko fuzja z takim paliwem wyzwoli wystarczającą ilość dodatkowej energii w realnie osiągalnych warunkach, aby wytworzyć jej nadwyżkę nie tylko w postaci ciepła, ale także energii elektrycznej netto.

Reakcje termojądrowe udało się już przeprowadzić w kilku ośrodkach badawczych na całym świecie. Jednak problem polega na tym, by utrzymać je przez dłuższy czas i uzyskać dodatni bilans energetyczny, a to oznacza, że reaktor powinien wyprodukować więcej energii, niż zostanie do niego dostarczone.

Źródło: Princeton Plasma Physics Laboratory