Praktyczny reaktor termojądrowy

To stary żart, którego wielu naukowców zajmujących się syntezą jądrową zmęczyło słuchaniem: Od praktycznej energii syntezy jądrowej dzieli nas tylko 30 lat — i zawsze będzie.

Ale teraz może to już nie być prawdą. Nowe postępy w technologii magnesów umożliwiły naukowcom z MIT zaproponowanie nowego projektu praktycznego kompaktowego reaktora termojądrowego tokamaka – i jak twierdzą, można go zrealizować w ciągu zaledwie dekady.

Nowy reaktor wykorzystuje cewki z tlenku barowo-miedziowego ziem rzadkich, dostępnego na rynku nadprzewodnika, do generowania niezwykle silnego pola magnetycznego. Wprowadzenie tego materiału po prostu przechodzi przez cały projekt, mówi Dennis Whyte, profesor nauk i inżynierii jądrowej oraz dyrektor Plasma Science and Fusion Center w MIT. To wszystko zmienia.

Silniejsze pole magnetyczne umożliwia zamknięcie supergorącej plazmy — elektrycznie naładowanego gazu, który zasila reakcję syntezy jądrowej — w znacznie mniejszym urządzeniu niż przewidywano wcześniej. Z kolei zmniejszenie rozmiaru sprawia, że ​​cały system jest tańszy i szybszy w budowie. Koncepcję reaktora, wykorzystującą szeroko badaną geometrię tokamaka (w kształcie pączka), opracowali dr Whyte, doktorant Brandon Sorbom i kilku innych studentów. Ich koncepcja powstała na zajęciach z projektowania prowadzonych przez Whyte i kontynuowana jako projekt prowadzony przez uczniów po zakończeniu zajęć.

Nowy reaktor jest przeznaczony do badań podstawowych nad syntezą jądrową, a także jako potencjalny prototyp elektrowni, która mogłaby wytwarzać znaczne ilości energii. Znacznie wyższe pole magnetyczne pozwala osiągnąć znacznie wyższą wydajność, mówi Sorbom.

Reaktory termojądrowe, które opierają się na tej samej reakcji jądrowej, która zasila Słońce, łączą pary atomów wodoru, tworząc hel, który uwalnia ogromne ilości energii. Najtrudniejszą częścią projektowania sprawnego reaktora było zamknięcie plazmy podczas podgrzewania jej do temperatur wyższych niż jądra gwiazd. W tym miejscu pola magnetyczne mają kluczowe znaczenie: skutecznie zatrzymują ciepło i cząsteczki w gorącym środku urządzenia.

Nowe nadprzewodniki umożliwiają zwiększenie wytwarzanej mocy około 10 razy w porównaniu ze standardową technologią nadprzewodników, mówi Sorbom. Dodaje, że w tej chwili reaktor powinien być w stanie wyprodukować około trzy razy więcej energii elektrycznej, niż jest potrzebne do jego działania. Projekt można prawdopodobnie ulepszyć, aby zwiększyć tę proporcję do około pięciu lub sześciu razy, mówi, co dałoby wystarczającą ilość energii elektrycznej dla około 100 000 osób. Do tej pory żaden reaktor termojądrowy nie wytwarzał tyle energii, ile zużywa.

ukryć