Μια μέθοδος βαθιάς τροφοδότησης αποδεικνύεται πιο αποτελεσματική στην αύξηση της πυκνότητας του πυρήνα του πλάσματος σε σύγκριση με την έγχυση αερίου από την άκρη του θαλάμου.
Ένας καινοτόμος εγχυτήρας σφαιριδίων καυσίμου που αναπτύχθηκε από ερευνητές στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge (ORNL) επέτρεψε μια ορόσημη επίτευξη στην προσπάθεια για ενέργεια σύντηξης.
Το σύστημα υψηλής ταχύτητας έγχυσης ήταν το κλειδί σε ένα πρόσφατο πείραμα-ρεκόρ στο αστροειδωτό Wendelstein 7-X (W7-X) στο Γκράιφσβαλντ της Γερμανίας, όπου οι επιστήμονες διατήρησαν ένα πλάσμα υψηλής απόδοσης για 43 δευτερόλεπτα – διάρκεια πρωτοφανής.
Το αποτέλεσμα αυτό αντιπροσωπεύει σημαντική πρόοδο στην έρευνα της ενέργειας σύντηξης, όπου βασικός στόχος είναι η διατήρηση των συνθηκών που απαιτούνται για καθαρό ενεργειακό κέρδος.
Ο τριπλός παράγοντας της σύντηξης
Το κύριο μέτρο είναι ο «τριπλός παράγοντας» της σύντηξης, που συνδυάζει τρεις μεταβλητές: τη θερμοκρασία ιόντων του πλάσματος, την πυκνότητά του και τον χρόνο συγκράτησης ενέργειας. Για να είναι αποτελεσματική η διαδικασία και οι τρεις συνθήκες πρέπει να επιτυγχάνονται και να διατηρούνται ταυτόχρονα για εκτεταμένες χρονικές περιόδους.
Η διατήρηση του τριπλού παράγοντα αποτελεί μεγάλη τεχνική πρόκληση. Τα πειράματα σύντηξης έχουν συχνά φτάσει υψηλές τιμές σε έναν ή δύο από τους απαιτούμενους τομείς για μικρά χρονικά διαστήματα, αλλά η ταυτόχρονη διατήρηση και των τριών είναι δύσκολη.
Η πρόκληση του W7-X
Το Wendelstein 7-X, η μεγαλύτερη συσκευή σύντηξης τύπου αστροειδωτού στον κόσμο, έχει δείξει προηγουμένως ότι μπορεί να δημιουργήσει πλάσματα στις ακραίες θερμοκρασίες που απαιτούνται για σύντηξη.
Πρόκειται για μια συσκευή σύντηξης που χρησιμοποιεί στρεβλά μαγνητικά πεδία για να συγκρατήσει το πλάσμα σε θάλαμο σχήματος ντόνατ. Διαφέρει από το πιο διαδεδομένο τοκάμακ, που βασίζεται σε απλούστερο μαγνητικό σχεδιασμό. Ωστόσο, υπάρχει ένας σημαντικός περιορισμός.
«Η συσκευή W7-X είχε προηγουμένως επιτύχει υψηλή απόδοση για σύντομα χρονικά διαστήματα, αλλά δεν μπορούσε να τη διατηρήσει σε υψηλή πυκνότητα πλάσματος», σημείωσε ο μηχανικός του ORNL, Στιβ Μέιτνερ. Χωρίς επαρκή πυκνότητα και συγκράτηση, η ενέργεια του πλάσματος διαχέεται πολύ γρήγορα.
Το Σύστημα Συνεχούς Τροφοδότησης με Σφαιρίδια, σχεδιασμένο από το ORNL, αναπτύχθηκε για να αντιμετωπίσει ακριβώς αυτό το ζήτημα.
Περισσότερο καύσιμο στον πυρήνα
«Το σύστημα τροφοδότησης με σφαιρίδια του ORNL που σχεδιάστηκε για τη συσκευή W7-X εισάγει μια συνεχή, υψηλής ταχύτητας ροή στερεών σφαιριδίων υδρογόνου – σχηματισμένων σε θερμοκρασία μόλις 12 βαθμών πάνω από το απόλυτο μηδέν», εξήγησαν οι ερευνητές.
Αυτά τα παγωμένα σφαιρίδια επιταχύνονται με χρήση παλμού ηλίου υψηλής πίεσης, εισάγοντάς τα βαθιά στον πυρήνα του πλάσματος θερμοκρασίας 30 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.
Αυτή η μέθοδος βαθιάς τροφοδότησης είναι πιο αποτελεσματική στην αύξηση της πυκνότητας του πυρήνα του πλάσματος σε σχέση με την έγχυση αερίου από την άκρη του θαλάμου.
«Αυτό προσφέρει περισσότερο καύσιμο στον πυρήνα του πλάσματος από ό,τι άλλες μέθοδοι τροφοδότησης και διατηρεί υψηλότερη πυκνότητα πλάσματος, κάτι που στα αστροειδωτά παίζει επίσης μοναδικά σημαντικό ρόλο στη βελτίωση της συγκράτησης ενέργειας», τονίστηκε σε ανακοίνωση Τύπου.
Για ένα αστροειδωτό, το οποίο χρησιμοποιεί πολύπλοκα, τρισδιάστατα μαγνητικά πεδία για τη συγκράτηση του πλάσματος, αυτό το αυξημένο προφίλ πυκνότητας βελτιώνει επίσης τη συγκράτηση ενέργειας. Ο συνδυασμός αυτών των παραγόντων επέτρεψε τη διατήρηση της κατάστασης υψηλής απόδοσης για τη χρονική διάρκεια ρεκόρ.
Επικύρωση της έννοιας του αστροειδωτού
Τα αποτελέσματα προσφέρουν πολύτιμα δεδομένα για την επικύρωση της έννοιας του αστροειδωτού ως πιθανό σχέδιο για μελλοντικό εργοστάσιο ενέργειας σύντηξης.
Νωρίτερα, τον Μάιο του ίδιου έτους, στο Wendelstein 7-X στη Γερμανία, οι επιστήμονες είχαν θέσει παγκόσμιο ρεκόρ στη διατήρηση πλάσματος κατάλληλου για σύντηξη σε υψηλή απόδοση για εκτεταμένο χρονικό διάστημα.
«Το νέο ρεκόρ είναι ένα τεράστιο επίτευγμα από τη διεθνή ομάδα», είχε δηλώσει τότε ο καθηγητής Δρ. Τόμας Κλίνγκερ, επικεφαλής λειτουργίας του Wendelstein 7-X.
