Energia przyszłości. 600 sekund Słońca w laboratorium
Osiągnięto kluczowy cel w eksperymencie ELISE z obszaru energetyki termojądrowej
Akcelerator cząstek dla eksperymentalnego reaktora ITER – stanowisko testowe ELISE (Extraction from a Large Ion Source Experiment). Nz. prof. dr Ursel Fantz z IPP i dr Antonio Masiello
W ELISE – jednym z głównych eksperymentów prowadzonych w ramach prac nad reaktorem fuzyjnym ITER – osiągnięto kluczowy cel. Wiązki podgrzewające plazmę osiągnęły odpowiednią dla praktycznych celów gęstość.
Z efektami fuzji jądrowej mamy do czynienia na co dzień. Jak przypominają naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka, reakcje tego typu zasilają gwiazdy, w tym Słońce. W takich procesach lekkie jądra atomowe łączą się w większe, wydzielając przy tym potężne ilości energii.
W międzynarodowym projekcie ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny) na południu Francji powstaje tymczasem badawczy reaktor fuzyjny, który z pomocą podobnych reakcji ma produkować energię.
Plazma podgrzana do 150 mln stopni
Fizycy chcą uzyskać moc 500 MW, czyli 10 razy więcej, niż będzie wymagało zasilanie reaktora. Energia będzie powstawała w plazmie podgrzanej do – uwaga – 150 mln stopni C. Mniej więcej połowa tej energii będzie pochodziła z rozpędzanych do dużych prędkości atomów wodoru (a konkretnie deuteru, zwanego ciężkim wodorem).
System ten działa w ten sposób, że najpierw wytwarzane są ujemne jony wodoru, które następnie się rozpędza w polu elektrycznym, a później z powrotem zamienia w neutralne elektrycznie atomy. Dwie wiązki tego typu mają zapewnić 16,5 MW mocy każda.
Kluczowy eksperyment ELISE
W eksperymencie ELISE (Extraction from a Large Ion Source Experiment) testuje się właśnie tę technologię. Celem jest uzyskanie m.in. odpowiednio gęstej wiązki atomów i ciągłego działania.
Zbudowane urządzenie jest w przybliżeniu o połowę mniejszym odpowiednikiem systemu, które ma pracować w ITER.
W ELISE udało się pobić światowy rekord – dziesięciokrotnie (do 600 sekund) zwiększył się czas działania wiązki o dużej gęstości. Tym samym uzyskano parametry odpowiednie dla reaktora ITER.
Centralną częścią testowanego elementu jest źródło wodorowych jonów.
W ITER powstająca w tych źródłach wiązka będzie miała przekrój 1 na 2 metry, a w ELISE jest on o połowę mniejszy.
Łapanie uciekających elektronów
Wyjątkowo trudne zadanie polega na utrzymaniu jednorodności powstających wiązek w całym ich przekroju oraz ich stabilności w czasie – wyjaśniają naukowcy. Jednocześnie trzeba zadbać o to, aby jak najmniej wolnych elektronów uciekało z wiązek, ponieważ uszkadzają one urządzenie.
Przedstawione teraz wydłużenie czasu działania systemu było możliwe m.in. dzięki lepszej kontroli wspomnianych elektronów.
„Następnym krokiem będzie scenariusz, w którym wartości odpowiednie dla ITER będą osiągane szybko i niezawodnie” – powiedziała uczestnicząca w pracach dr Ursel Fantz.
Badacze zamierzają także uzyskać podobne parametry z użyciem ciężkiego wodoru, który ma być stosowany w ITER. Później czas działania wiązek chcą wydłużyć aż do godziny.
„Technicznie system ELISE jest gotowy do osiągnięcia tych celów” – podkreśliła prof. Fantz.
Marek Matacz (PAP), sek
»» O innych osiągnięciach naukowych z zakresu fuzji termojądrowej czytaj tutaj: