Mirguliuojantis termobranduolinės sintezės miražas pamažu sklaidosi, ir jo vietą užima tvirta, ir 1:100000 tiksli termobranduolinės sintezės praktika – ir bandymai tai patvirtina.

Praėjusių metų gale Vokietijoje pirmą kartą įjungtas naujo tipo termobranduolinės sintezės reaktorius, ir jis sugebėjo sėkmingai išlaikyti karštą helio plazmos rutulį.

Bet nuo tada kamavo klausimas – ar prietaisas veikia taip, kaip turėtų? Tai, švelniai tariant, labai svarbus klausimas, kalbant apie mašiną, kuri potencialiai galėtų išlaikyti branduolinės sintezės reakciją visą dieną, ir, laimei, atsakymas yra teigiamas.

JAV ir Vokietijos tyrėjų komanda patvirtino, kad Wendelstein 7-X (W 7-X) steleratorius kuria itin stiprius, sukrius, 3D magnetinius laukus, kaip ir buvo numatyta jo dizaine, „neregėtai tiksliai“. Tyrėjai išmatavo jo tikslumo lygį, ir neatitikimas buvo < 1:100 000.

„Kiek žinome, tai beprecedentis tikslumas, tiek sintezės aparato statybos inžinerijos, tiek ir magnetinės topologijos prasme,“ rašo tyrėjai Nature Communications.

Gal tai atrodo nieko ypatingo, tačiau tai itin svarbu, nes tik tas magnetinis laukas laikys karštos plazmos rutulius pakankamai ilgai, kad prasidėtų branduolinės sintezės reakcija.

Termobranduolinė sintezė yra vienas iš perspektyviausių švarios energijos šaltinių – naudodama praktiškai vien sūrų vandenį, ji siūlo beribę energiją, vykdydama tą pačią reakciją, kuri kaitina Saulę.

Kitaip nei branduolinis skilimas, kuris vykdomas dabartinėse atominėse elektrinėse, ir kur didesni branduoliai skaidomi į lengvesnius branduolius ir neutronus, branduolinės sintezės reakcijos daugybę energijos išskiria, sujungdamos atomų branduolius labai aukštoje temperatūroje. Ir šiuo atveju nelieka radioaktyvių atliekų ar kokių nors kitų pašalinių produktų.

Sprendžiant iš Saulės ilgaamžiškumo, branduolių sintezė žmoniją energija galėtų aprūpinti kiek tik reikės – aišku, jei išmoksime šią reakciją panaudoti.

Ir šitas „jei“ yra gan didelis, mat mokslininkai šią problemą gvildena jau daugiau nei 60 metų, ir tikslas vis dar tolsta kaip miražas.

Pagrindinis iššūkis – norint vykdyti kontroliuojamą termobranduolinę sintezę, reikia atkurti sąlygas, esančias Saulės viduje. Tai reiškia, reikia aparato, galinčio sukurti ir kontroliuoti 100 milijonų °C plazmos rutulį.

Kaip galima įsivaizduoti, lengviau pasakyti, nei padaryti. Bet pasaulyje yra keletas branduolių sintezės reaktorių, kuriuose stengiamasi tai įgyvendinti, ir W 7-X yra vienas iš perspektyviausių pretendentų.

Užuot bandęs kontroliuoti plazmą tik 2D magnetiniu lauku, – toks būdas naudojamas labiau paplitusiuose tokamako tipo reaktoriuose, steleratoriuje kuriami susukti, 3D magnetiniai laukai.

Taip steleratorius gali kontroliuoti plazmą be jokios elektros srovės – kuria remiamasi tokamako tipo reaktoriuose – ir todėl steleratoriai stabilesni, nes jie gali veikti, net nutrūkus vidinei srovei.

Na, bent jau tokia buvo jų dizaino idėja.

Nors mašina sėkmingai kontroliavo helio plazmą pernai gruodį, o vėliau, vasarį, susitvarkė ir su sudėtingesne vandenilio plazma, dar niekas nebuvo pademonstravęs, kad magnetinis laukas iš tiesų veikia taip, kaip ir turėtų.

Siekdama tai išmatuoti, JAV Energetikos departamento ir Max Planck plazmos fizikos instituto Vokietijoje mokslininkų komanda per reaktoriaus magnetinį lauką pasiuntė elektronų spindulį.

Fluorescuojančiu strypeliu jie tas elektronų linijas išryškino ir sukūrė magnetinių laukų formos šviesas. Atvaizde matomas rezultatas parodo būtent tokius susuktus magnetinius laukus, kokie ir turėjo būti.

„Patvirtinome, kad sukurtas magnetinis narvas veikia taip, kaip ir buvo planuota,“ sakė vienas iš vyr. tyrėjų, Sam Lazerson iš JAV Energetikos departamento Princetono plazmos fizikos laboratorijos.

Nepaisant šios sėkmės, W 7-X nėra skirtas gaminti elektrą iš termobranduolinės sintezės – tai tiesiog koncepcijos patvirtinimas, kad tai galėtų veikti.

2019 metais reaktoriuje bus pradėtas naudoti deuteris, o ne vandenilis (protis), ir mašinoje bus vykdomos tikros termobranduolinės reakcijos, bet jis negalės sukurti daugiau energijos, nei reikia jo veikimui.

Tokį apribojimą tikimasi peržengti kitos kartos steleratoriais. „Užduotis vos prasidėjo,“ paaiškino tyrėjai pranešime spaudai.

Nors rytoj tai dar neįvyks, tačiau termobranduolinei sintezei dabar labai jaudinantis metas. W 7-X konkuruoja su Prancūzijos ITER tokamako reaktoriumi – abu jie išlaikė plazmą pakankamai ilgai, kad prasidėtų sintezė.

Tikrasis klausimas – kuri iš šių mašinų pirmoji ims tiekti efektyvią termobranduolinę energiją? Laukiame nekantraudami.

Tyrimas publikuotas Nature Communications.

Fiona Macdonald
sciencealert.com

Komentarai (3)