JAV Energetikos departamentas ir MIT dirba ties nauju branduolių sintezės reaktoriumi

JAV Energetikos departamento (DOE) Prinstono plazmos fizikos laboratorija (PPPL) bendradarbiauja su MIT, kurdama pažangiausią projektą, kad branduolių sintezė būtų komerciškai perspektyvi.

Projektas tikisi pašalinti „alfa dalelių“ nutekėjimo problemą, atsirandančią dėl branduolių sintezės reakcijų iš tokių reaktorių, kokius naudoja „SPARC“ projektas.

Tai yra dalinai viešas, dalinai privačiai finansuojamas projektas, kuriame naudojamos DOE dotacijos, siekiant paremti jų pastangas sukurti didelio našumo sintezės plazmą naudojant tokamako tipo reaktorių.

Tačiau tokie reaktoriai gali nukentėti dėl superlaidžių magnetų, naudojamų sintezės plazmai uždaryti, nesutapimo. Tai lemia gyvybiškai svarbių „alfa dalelių“ nutekėjimą, kuris gali sulėtinti ar net sustabdyti sintezės energijos gamybą, taip pat sugadinti reaktoriaus vidų.

Išeitis, siekiant sušvelninti šią problemą, yra naudoti specialiai suprojektuotus superlaidžius magnetus ir padaryti reaktorių kompaktiškesnio dydžio, todėl „SPARC“ projektu komanda tiki. Sumažinus reaktoriaus dydį ir naudojant geresnius magnetus, reaktorius turėtų veikti didesniuose laukuose ir įtampose nei esami reaktoriai.

Tai taip pat turėtų leisti projektuoti ir statyti mažesnius ir nebrangius sintezės įrenginius. Daroma prielaida, kad greitos alfa dalelės, susidariusios sintezės reakcijose, gali būti pakankamai ilgai, kad palaikytų plazmos karštį.

„Mūsų tyrimai rodo, kad tai gali suveikti“, – sakė PPPL fizikas Gerritas Krameris. Krameris yra pagrindinis projekto „DOE Innovation Network for Fusion Energy“ (INFUSE) dalyvis.

„Mes nustatėme, kad alfa dalelės iš tiesų gerai uždaromos SPARC reaktoriuje“, – paaiškino Krameris.

Krameris padarė tokią išvadą dėka labai ypatingo kompiuterinio kodo, vadinamo „SPIRAL“. Tai buvo sukurta PPPL, siekiant patikrinti dalelių uždarymą reaktoriuje.

„Kodas, imituojantis banguotą raštą arba bangas magnetiniame lauke, kuris gali leisti greitai išsiskirti dalelėms, parodė gerą uždarumą ir SPARC sienų nepažeidimą“, – paaiškino Krameris.

„SPIRAL kodas gerai sutapo su ASCOT kodu iš Suomijos. Nors šie du kodai yra visiškai skirtingi, rezultatai buvo panašūs", – sakė Krameris.

„SPARC“ atrodo tikrai perspektyvus

Išvados nudžiugino pagrindinį tyrimo autorių Steveną Scottą („Commonwealth Fusion Systems“ sintezės sistemų konsultantą ir buvusį ilgametį PPPL fiziką): „Džiugu matyti skaičiavimais patvirtintą mūsų supratimą apie bangavimo sukeltus nuostolius“, – sakė jis.

„Kadangi aš devintojo dešimtmečio pradžioje eksperimentiškai studijavau šį klausimą daktaro disertacijoje“, – pridūrė jis.

Viso pasaulio mokslininkai nenuilstamai stengiasi, kad žmonija galėtų sukurti savo, beveik neribotą, energijos šaltinį. Tokie projektai, kaip „SPARC“, priartina mus žingsniu arčiau šios, atrodytų, neįmanomos užduoties.

Originalų straipsnį galite perskaityti „Journal of Plasma Physics“.