Вчені з Принстонської лабораторії фізики плазми в Нью-Джерсі, які співпрацювали над проектом, оголосили, що пристрій створив надгарячий матеріал, який називається плазма, що досягав 90 мільйонів градусів за Фаренгейтом (50 мільйонів градусів за Цельсієм) протягом 6 хвилин поспіль.
Кінцева мета — підтримувати надгарячу плазму протягом багатьох годин, але 6 хвилин — це новий світовий рекорд для такого пристрою, як WEST. Інші ядерні реактори, подібні до WEST, створювали гарячішу плазму, але вони не працювали так довго.
WEST — це так званий токамак. Це термоядерний реактор у формі пончика розміром з кімнату 8 на 8 футів (2,4 м на 2,4 м) зі стелями заввишки 8 футів (2,4 м), здатний генерувати той самий тип енергії, який живить наше Сонце. Ось чому вчені іноді називають ці машини «штучними сонцями».
«Ми намагаємося створити сонце на Землі, — розповів Луїс Дельгадо-Апарісіо, керівник перспективних проектів PPPL. — І це надзвичайно, надзвичайно складне завдання».
Але цей новий рекорд свідчить про те, що вони рухаються в правильному напрямку.
Сонце працює на ядерному синтезі (коли атомні ядра об’єднуються і вивільняють енергію), який не слід плутати з процесом ядерного поділу (коли атомні ядра розщеплюються і вивільняють енергію), що живить сучасні ядерні реактори.
Енергія термоядерного синтезу є більш потужною, ніж будь-яка інша форма енергії, яку ми маємо сьогодні. Якщо ми зможемо використати цю енергію, то зможемо виробляти майже в 4 мільйони разів більше енергії на кілограм палива, ніж викопні види палива. Крім того, вона не містить вуглецю.
Для того, щоб термоядерний синтез відбувся на Землі, паливо має нагрітися до температури щонайменше 50 мільйонів градусів за Цельсієм. Однією з головних перешкод, з якими стикається термоядерна енергетика, є те, що для створення таких екстремальних температур потрібна величезна кількість енергії, і поки що реактори не можуть підтримувати плазму достатньо довго, щоб отримати надлишок енергії, який можна було б використати в комерційних цілях. Отже, поки що термоядерні реактори зазвичай споживають більше енергії, ніж виробляють.
Цікаве по темі: На Землі зʼявиться суперконтинент — учені розповіли коли
Останній прорив WEST не став винятком. Однак, він згенерував на 15 відсотків більше енергії від термоядерного синтезу порівняно з попередніми спробами. Крім того, плазма була вдвічі щільнішою, що є ще одним важливим компонентом створення більшої кількості енергії.
Ключ до рекордного успіху WEST: вольфрам
WEST допомагає вченим тестувати найкращі матеріали для створення стінок всередині термоядерного реактора, що є непростою задачею, оскільки це середовище може досягати температури, яка втричі перевищує температуру в центрі Сонця.
Спочатку WEST містив вуглецеві стіни. За словами Дельгадо-Апарісіо, хоча з вуглецем легко працювати, він також поглинає тритій, рідкісний ізотоп водню, який живить реакцію термоядерного синтезу.
«Уявіть, що у вас є стіна, яка є не просто стіною, а свого роду губкою, — сказав він. — Губкою, яка вбирає ваше паливо».
Отже, у 2012 році вчені вирішили протестувати інший матеріал для стінок токамака — вольфрам.
Завдяки здатності вольфраму витримувати високу температуру, не поглинаючи тритій, Дельгадо-Апарісіо вважає його ідеальним матеріалом для стінок токамака.
Проте вольфрам не ідеальний. Одним з його недоліків є те, що він може плавитися і потрапляти в плазму, забруднюючи її. У свою чергу, це може протидіяти процесу, випромінюючи багато енергії і охолоджуючи плазму.
Тому для оптимізації системи вченим потрібно зрозуміти, як саме вольфрам поводиться і взаємодіє з плазмою. Саме цим дослідники і займаються в рамках проекту WEST.
Наприклад, команда модифікувала діагностичний інструмент, який вони використовували в цьому останньому експерименті з WEST. Інструмент допоміг команді точно виміряти температуру плазми, щоб краще зрозуміти, як вольфрам мігрує зі стінок пристрою в плазму.
«Ми можемо виявити, як він рухається всередині, ми можемо стежити за ним, ми можемо вивчати його транспортування всередині машини», — сказав Дельгадо-Апарісіо.
Це може допомогти в розробці майбутніх методів утримання плазми без домішок, таких як згустки вольфраму, які охолоджують її.
Чи виявиться вольфрам ключем до розблокування комерційної термоядерної енергетики, ще належить з’ясувати.
Комерційна термоядерна енергетика, швидше за все, з’явиться через десятиліття, але Дельгадо-Апарісіо вважає, що вони роблять кроки до «цієї великої мети — дати енергію людству».
Джерело:psm7
