Fuzja jądrowa obiecuje praktycznie nieograniczone, zrównoważone źródło energii, bazujące na procesach podobnych do tych, które napędzają Słońce, pod warunkiem, że zostaną rozwiązane fundamentalne problemy fizyczne. Obecnie badanych jest wiele metod pozyskiwania energii z atomów, każda z własnymi zaletami i wadami. Nowe badania sugerują, że możemy wkrótce przezwyciężyć główną przeszkodę w procesach wykorzystujących tokamaki, czyli tunele w kształcie pączka.

Zespół badaczy z Uniwersytetu Wisconsin pokonał teoretyczny limit Greenwalda dla fuzji w tokamakach, zwiększając go dziesięciokrotnie. Mechanizmy stojące za tym limitem nie są dobrze rozumiane, ale ta empiryczna zasada ustala granicę gęstości elektronów w podgrzanej plazmie tokamaka. Posiadanie niezawodnego sposobu na przekroczenie tego limitu oznacza ogromny postęp w stabilności i wydajności reaktorów tokamakowych, przybliżając nas do dnia, w którym fuzja jądrowa stanie się praktyczną rzeczywistością.

Fuzja jądrowa, czyli łączenie jąder atomowych w celu uwolnienia nadmiaru energii, wymaga intensywnego ciepła, które jest generowane przez zamknięcie naładowanych cząstek tworzących plazmę. Tokamak to szczególny rodzaj reaktora fuzji jądrowej, który wykorzystuje prądy do przepychania plazmy przez środek dużego, pustego pierścienia. Pola magnetyczne pomagają utrzymać tę gorącą mieszaninę naładowanych cząstek w zamknięciu, jednak plazma jest bardziej podatna na niestabilności niż w podobnych metodach i podlega surowym ograniczeniom gęstości elektronów. Większa gęstość elektronów oznaczałaby więcej reakcji i więcej energii.

Zespół uważa, że dwa kluczowe elementy Madison Symmetric Torus (MST) pomogły tak skutecznie przekroczyć te ograniczenia gęstości: jego grube, przewodzące ściany, stabilizujące pola magnetyczne manipulujące plazmą oraz zasilanie, które można dostosować na podstawie sprzężenia zwrotnego, co jest kluczowe dla stabilności. Maksymalna gęstość wydaje się być ustalona przez ograniczenia sprzętowe, a nie niestabilność plazmy.

To kolejny sukces dla tokamaka w ostatnich latach. W ciągu ostatnich kilku lat naukowcy budują większe reaktory, zwiększają produkcję energii i osiągają wyższe temperatury dla zachodzących reakcji. To jednak nie oznacza, że fuzja jądrowa będzie gotowa w najbliższym czasie. Plazma w tych eksperymentach nie działała w ultra wysokich temperaturach, jakie normalnie występują w reakcjach fuzji, więc te eksperymenty będą musiały być w tym aspekcie skalowane.

Źrodło: Science Alert