Επιστήμονες πραγματοποίησαν μια σημαντική ανακάλυψη στη μαγνητική συγκράτηση που θα μπορούσε να επιταχύνει την ανάπτυξη της ενέργειας σύντηξης, επιτρέποντας ταχύτερους και ακριβέστερους τρόπους για τον εγκλωβισμό υψηλής ενέργειας σωματιδίων στους αντιδραστήρες σύντηξης.
Στην καρδιά του νέου σχεδιασμού βρίσκεται μια θεωρητική προσέγγιση που προσφέρει λύση σε ένα από τα πιο απαιτητικά προβλήματα της σύντηξης: πώς να αποτρέπονται τα σωματίδια που αποστραγγίζουν την ενέργεια από το να διαφεύγουν από τους θαλάμους των αντιδραστήρων.
Η ανακάλυψη, χρηματοδοτούμενη από το Υπουργείο Ενέργειας των ΗΠΑ, πραγματοποιήθηκε από επιστήμονες των University of Texas at Austin, Los Alamos National Laboratory και Type One Energy Group. Οι ερευνητές αναφέρουν ότι η νέα μέθοδος παρέχει έναν πιο αποδοτικό τρόπο σχεδιασμού στεγανών μαγνητικών πεδίων για τους αντιδραστήρες σύντηξης, ειδικά για τα stellarators, με ρυθμό δέκα φορές ταχύτερο από τις παραδοσιακές τεχνικές.
Μαγνητική συγκράτηση στους αντιδραστήρες σύντηξης
Η έρευνα για την ενέργεια σύντηξης αντιμετωπίζει διαχρονικά την πρόκληση της διατήρησης των σωματιδίων υψηλής ενέργειας εντός των μαγνητικών πεδίων στους αντιδραστήρες σύντηξης. Σε ακραίες συνθήκες που επικρατούν στους αντιδραστήρες, αυτά τα σωματίδια συχνά διαφεύγουν, με αποτέλεσμα την ψύξη του πλάσματος και την υποβάθμιση της διαδικασίας σύντηξης.
Επειδή τα σωματίδια αυτά είναι κρίσιμα για τη διατήρηση της ακραίας θερμότητας και πυκνότητας που απαιτείται για τη συνεχή σύντηξη, οι μηχανικοί στηρίζονταν σε πολύπλοκα συστήματα μαγνητικής συγκράτησης. Ωστόσο, η ανίχνευση και σφράγιση των διαρροών στα μαγνητικά πεδία απαιτούσε τεράστια υπολογιστική ισχύ και χρόνο.
Ο Josh Burby, επίκουρος καθηγητής φυσικής στο University of Texas και κύριος συγγραφέας της μελέτης, δήλωσε: «Αυτό που είναι πραγματικά συναρπαστικό είναι ότι επιλύουμε ένα πρόβλημα ανοιχτό εδώ και σχεδόν 70 χρόνια». Ο Burby χαρακτήρισε τη νέα μεθοδολογία ως «μια αλλαγή παραδείγματος στον τρόπο που σχεδιάζουμε αυτούς τους αντιδραστήρες».
Stellarators: στο επίκεντρο της έρευνας
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώθηκε στους stellarators, οι οποίοι είναι αντιδραστήρες σύντηξης με τοροειδές (σε σχήμα δακτυλίου) σχεδιασμό, που βασίζονται σε εξωτερικές περιελίξεις για τον έλεγχο των μαγνητικών πεδίων. Οι περιελίξεις αυτές, που σχεδιάστηκαν για πρώτη φορά τη δεκαετία του 1950, δημιουργούν αυτό που είναι γνωστό ως «μαγνητικό μπουκάλι» για τη συγκράτηση του πλάσματος και των σωματιδίων υψηλής ενέργειας.
Στο παρελθόν, οι μηχανικοί βασίζονταν στους νόμους της κίνησης του Νεύτωνα για τη χαρτογράφηση των τροχιών των σωματιδίων και τον εντοπισμό των διαρροών, μια διαδικασία ιδιαίτερα ακριβή αλλά εξαιρετικά χρονοβόρα. Η προσομοίωση εκατοντάδων ή και χιλιάδων παραλλαγών ήταν συχνά απαραίτητη για την εξασφάλιση της εξάλειψης των διαρροών, κάτι που μπορούσε να γίνει πρακτικά ανέφικτο.
Η νέα μέθοδος του Burby και των συνεργατών του, που βασίζεται στη θεωρία συμμετρίας, προσφέρει τόσο την ταχύτητα όσο και την ακρίβεια που απαιτείται για τις βέλτιστες αντιδράσεις σύντηξης.
«Δεν υπάρχει πρακτικός τρόπος να βρούμε μια θεωρητική απάντηση στο ζήτημα της συγκράτησης των άλφα σωματιδίων χωρίς τα αποτελέσματά μας», δήλωσε πρόσφατα ο Burby. «Η άμεση εφαρμογή των νόμων του Νεύτωνα είναι υπερβολικά δαπανηρή».
Προοπτικές και εφαρμογές
Η νέα διαδικασία θα μπορούσε να έχει εφαρμογές και σε άλλους τύπους αντιδραστήρων, όπως τα tokamaks, άλλες πρωτοποριακές συσκευές μαγνητικής σύντηξης. Στα tokamaks, τα ηλεκτρόνια διαφυγής μπορούν συχνά να προκαλέσουν ζημιές στους τοίχους των αντιδραστήρων αν δεν ελεγχθούν.
Με τη νέα μεθοδολογία, οι ερευνητές θα είναι σε θέση να χαρτογραφήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια τα σημεία πιθανής διαρροής, προσφέροντας ένα πολύτιμο εργαλείο για τη βελτίωση της ασφάλειας και της αποδοτικότητας των αντιδραστήρων σύντηξης.