Słońce (i miliony innych gwiazd) potwierdza to, że fuzja jądrowa znana również pod nazwą reakcji termojądrowej i syntezy jądrowej, może być praktycznie nieograniczonym źródłem energii, jeśli tylko ją ujarzmimy. Jednak sami pewnie kojarzycie, jak niestabilna jest powierzchnia „wielkiego ogniska” w naszym układzie słonecznym i ten sam problem dotyka wrzącej plazmy na naszej planecie. Ta po prostu jest niestabilna z natury, a jej erupcje są niemożliwe do okiełznania w reaktorach. Ale czy na pewno?
Czytaj też: Lodowy księżyc Saturna jest w idealnym wieku do rozwinięcia życia
Teraz fizycy z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) znaleźli sposób, aby zapobiec tym dużym erupcjom, sprowadzając je do znacznie mniejszych, ale liczniejszych za pomocą maleńkich granulek berylu. Na samym początku warto wyjaśnić jednak to, że synteza jądrowa jest zasadniczo przeciwieństwem rozszczepienia jądrowego, która jest stosowana w elektrowniach jądrowych na całym świecie. Tam, gdzie rozszczepienie polega na rozszczepieniu atomów i zebraniu uwolnionej energii, fuzja polega na scaleniu jąder atomów razem, co jest czystsze, bezpieczniejsze i bardziej wydajne niż rozszczepienie.
Zwykle odbywa się to w pustych reaktorach zwanych tokamakami, które są wypełnione pierścieniami plazmy tak gorącej, jak ta na Słońcu. Jednak tam z natury panuje wysokie ciśnienie i ogromne temperatury, które u nas są trudne do utrzymania, a wymagane do procesu fuzji jądrowej. Podczas niej na dodatek zachodzą niebezpieczne wybuchy/erupcje w plazmie brzegowej (ELM), które z kolei mogą uszkodzić ściany reaktorów, czyniąc je mniej bezpiecznymi i wymagającymi zbyt częstej wymiany części. Słońce radzi sobie z tym prosto – wyrzucając na setki metrów rozbłyski słoneczne, ale takie coś nie przeszłoby w sztucznym reaktorze.
Beryl (i nie tylko) kluczem do bezpiecznej fuzji jądrowej
Tych wybuchów nie da się wyeliminować, więc badacze postanowili się z nimi zbratać. Odkryli, że zamiast jednego wielkiego wybuchu, mogą w procesie uzyskać serię mniejszych i znacznie mniej szkodliwych. Wystarczy wstrzykiwać w regularnych odstępach czasu granulki berylu do wrzącej plazmy, które reagują z nią w pożądany sposób.
Zespół z PPPL nie tylko dokonał tego wyłącznie w laboratoryjnych warunkach, ale też przetestował to w DIII-D, reaktorze tokamak umieszczonym w National Fusion Facility w San Diego. Oczywiście nie byli tak szaleni, żeby wcześniej się do tego nie przygotować. Za pomocą symulacji komputerowych ustalili, że do całego procesu wymagane są 1,5 milimetrowe granulki berylu, które mogą dostać się wystarczająco głęboko w zbiorniku plazmy, aby najskuteczniej, ale bezpieczniej wyzwalać ELM.
Następnie nadszedł czas na przetestowanie, czy tego typu reakcja zachodziłaby bezpiecznie w budowanym obecnie we Francji tokamaku ITER. Do tego naukowcy wykorzystali pola magnetyczne do ograniczenia plazmy w takim samym stopniu, jakim będzie to realizowane w ITER, a następnie zaaplikowali wrzącej plazmie nie tylko wspomniane granulki berylu, ale też węgla, litu i węglika boru, które są lekkimi metalami o właściwościach podobnych do berylu. Wyniki? Zadziwiająco obiecujące. Współautor badania, Rajesh Maingi skomentował to następująco:
To pierwsza próba określenia, w jaki sposób granulki przeniknęłyby do ITER i czy wystarczyłaby zmiana temperatury, gęstości i ciśnienia, aby wyzwolić ELM. I wygląda na to, że ta technika wtrysku granulatu z tymi elementami byłaby pomocna.
Zespół twierdzi, że granulki berylu mogą być jednym z wielu narzędzi do zarządzania plazmą stosowanych w tokamakach, a inne obejmują zewnętrzne magnesy i zastrzyki z peletek deuteru. Następnym krokiem jest przetestowanie techniki na innych tokamakach, takich jak Joint European Torus (JET) w Wielkiej Brytanii. Wszystko po to, aby w ramach programu ITER (to zarówno nazwa reaktora termonuklearnego, jak i międzynarodowego programu badawczego) wreszcie opracować sposób na nowe źródło energii.
Samo badanie zostało opublikowane tutaj ze znacznie bardziej naukowym podejściem.
Czytaj też: Śluz ślimaka zainspirował naukowców do stworzenia super mocnego kleju
Źródło: New Atlas
