Uzyskali 37 milionów stopni Celsjusza na Ziemi. To więcej niż wewnątrz Słońca
Reakcje termojądrowe to przyszłość energetyki. Dzięki odtwarzaniu procesów, które zachodzą na Słońcu, można pozyskiwać znacznie większe ilości energii niż obecnie. W ramach kolejnych testów technologii zespół inżynierów skonstruował urządzenie, w którym udało się uzyskać temperaturę wyższą niż w jądrze Słońca.
W ciągu niemal wieku, odkąd człowiek po raz pierwszy wywołał reakcje termojądrowe, tylko kilka technologii wykazało zdolność do wytworzenia plazmy o temperaturze elektronów wyższej niż 10 milionów stopni Celsjusza, czyli mniej więcej temperatury jądra Słońca (15 mln st. C).
W ramach Fusion Z-pinch Experiment (FuZE) amerykański start-up Zap Energy zajmujący się syntezą termojądrową zbudował stosunkowo niewielki i kompaktowy reaktor. Wykorzystując go wygenerował plazmę - czwarty stan skupienia materii, w którym jądra i elektrony nie zachowują stanu atomowego (nie są połączone w atomy), ale swobodnie unoszą się w powietrzu.
Taka reakcja daje 10 milionów razy więcej energii niż spalanie tej samej ilości węgla. Udało się osiągnąć temperaturę elektronów w plazmie na poziomie 1-3 keV, co w przybliżeniu odpowiada 11 do 37 milionów stopni Celsjusza. Niestety dużą przeszkodę w rozwoju reaktorów termojądrowych stanowią szybko stygnące elektrony, które mogą ograniczyć nagrzewanie się plazmy.
Udało się utworzyć gorącą i stabilną plazmę
Spółka Zap Energy, wydzielona w wyniku przeprowadzenia w 2020 roku badań, wykorzystała rozwiązania o nazwie Z-pinch, które mają zapewnić, że elektrony nie będą ochładzały się tak szybko. W tym schemacie prąd elektryczny kierowany jest na cienkie włókna plazmy, generując pola magnetyczne, które ją ściskają i podgrzewają podczas kompresji. Dotychczas podczas testów otrzymywana plazma była krótkotrwała. Ten problem rozwiązano stosując dynamiczny przepływ przez plazmę, proces o dość trudno brzmiącej nazwie - stabilizacja przepływu ścinanego.
- Dynamika stanowi wspaniałe równoważenie fizyki plazmy - powiedział Ben Levitt, wiceprezes ds. badań i rozwoju w Zap. - W miarę wspinania się do coraz wyższych prądów plazmowych optymalizujemy punkt, w którym temperatura, gęstość i czas życia Z-pinch wyrównują się, tworząc stabilną, wysokowydajną plazmę.
W porównaniu do innych eksperymentów związanych z technologią termojądrową FuZe nie potrzebuje magnesów nadprzewodzących ani potężnych laserów do generowania plazmy, dzięki czemu jest bardzo opłacalna.
- Technologia Zap jest o rząd wielkości tańsza i szybsza w budowie niż inne urządzenia, co pozwala nam na szybkie iteracje i produkcję najtańszych neutronów termojądrowych na rynku. Przekonująca ekonomika innowacji jest niezbędna do wprowadzenia komercyjnego produktu termojądrowego w mającej znaczenie skali czasowej - powiedział Benj Conway, dyrektor generalny i współzałożyciel Zap.
Oczywiście FuZe to nie szczyt możliwości i wyzwań, z którymi zespół inżynierów chce się zmierzyć. Zlecono już kolejny projekt Fuze-Q, o dziesięciokrotnie większej pojemności energetycznej i możliwości osiągnięcia jeszcze wyższej temperatury.
Literatura źródłowa: B. Levitt et al, Elevated Electron Temperature Coincident with Observed Fusion Reactions in a Sheared-Flow-Stabilized Z Pinch, Physical Review Letters (2024). DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.155101
***
Bądź na bieżąco i zostań jednym z 90 tys. obserwujących nasz fanpage - polub Geekweek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!
