Plazma pod ciśnieniem - coraz bliżej innowacyjnego źródła energii
Czy przyszłością fuzji jądrowej może być znacznie mniejszy, samowystarczalny reaktor typu tokamak? Naukowcy z General Atomics DIII-D National Fusion Facility, największego ośrodka badań nad fuzją jądrową w USA, sądzą, że tak. Sekretem jest plazma pod ciśnieniem.
Naukowcy z DIII-D opracowali pełną koncepcję "kompaktowej elektrowni termojądrowej" i szczegółowo opisali jej plany w nowym artykule w czasopiśmie "Nuclear Fusion". W symulacjach ich koncepcja fuzji ciśnieniowej plazmy o szerokości 8 metrów jest wystarczająco potężna, aby wygenerować 200 megawatów (MW) energii elektrycznej netto po odliczeniu kosztów energii samej fuzji.
Byłaby to pierwsza elektrownia termojądrowa generująca energię elektryczną netto. Najlepszym obecnie współczynnikiem jest produkcja 67 proc. całkowitej energii potrzebnej do zasilania reaktora.
Inżynierowie zaprojektowali elektrownię przy użyciu specjalnego modelowania fizycznego, które naśladuje różne parametry, jakich doświadczyłaby rzeczywista kompaktowa elektrownia termojądrowa. Naukowcy piszą:
"To oparte na fizyce podejście prowadzi do nowych spostrzeżeń i zrozumienia optymalizacji reaktora. W szczególności, zidentyfikowano rolę wysokiej gęstości plazmy, która zwiększa wydajność fuzji i samonapędzających się prądów rozruchowych, aby zmniejszyć zapotrzebowanie na napęd prądowy i umożliwić wysokie ciśnienie z elektrycznością netto w skali kompaktowej."
Kluczem do tego projektu elektrowni jest zwiększenie gęstości plazmy poprzez jej sprężenie. Oznacza to więcej energii, zmniejszając powierzchnię samego tokamaka, jak również zwiększając jego względną wydajność energetyczną.
Wykorzystując modelowania fizyczne, naukowcy wykazali, że twórcy tokamaka są na właściwej drodze do osiągnięcia sukcesu.
"Podejście to łączy najnowocześniejszą teorię opracowaną w GA z najnowocześniejszymi obliczeniami przeprowadzonymi przez naukowców z Oak Ridge National Laboratory przy użyciu superkomputera Cori w National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC), i jest oparte na rozwoju i testowaniu podstawowych koncepcji fizycznych na DIII-D" - czytamy w oświadczeniu General Atomics.
Poprzez modelowanie projektu z wykorzystaniem złożonych koncepcji fizyki, naukowcy mogą eksperymentować z parametrami, które w przeciwnym razie musiałyby zostać wybrane zanim eksperci zaczęliby tworzyć prototypy innych tokamaków. Badacze podkreślają, że ich badania są wciąż bardzo abstrakcyjne. Chcą, aby służyła ona jako przewodnik po najbliższej przyszłości badań nad plazmą ciśnieniową - rodzaj mapy drogowej do jakichkolwiek następnych kroków.
Podczas gdy tradycyjny tokamak produkujący energię netto jest wciąż odległy o co najmniej 9 do 14 lat, ciśnieniowy tokamak jest jeszcze odleglejszy.
