W The Conversation pokazał się ciekawy artykuł dotyczący potencjalnego przełomu w pracach nad fuzją jądrową. Livia Casali i David Donovan z Uniwersytetu Tennessee-Knoxville twierdzą, że ostatni rekord JET jest ważny nie tylko ze względu na ilość wytworzonej energii. Równie istotne jest to, że zastosowane nowe materiały użyte do budowy wewnętrznych ścian reaktora, zadziałały zgodnie z założeniami. Zdaniem fizyków, właśnie ten fakt sprawia, że fuzji jądrowej nie powinniśmy traktować już tylko w sferze marzeń.
Plazma na uwięzi
Podstawowym założeniem fuzji jądrowej jest połączenie dwóch jąder atomowych w jądro cięższe, które następnie rozpada się i uwalnia energię w postaci nowych atomów oraz cząstek. Są one wychwytywane w elektrowni jądrowej i wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej.
Na świecie jest kilka projektów badawczych, których celem jest komercjalizacja fuzji jądrowej. W JET (Joint European Torus) wykorzystywane są silne pola magnetyczne do zamknięcia atomów do momentu podgrzania ich do wystarczająco wysokiej temperatury. Paliwem w reaktorach termojądrowych są różne atomy izotopu wodoru – obdarzone jednym protonem, ale różną liczbą neutronów – deuter i tryt. W reaktorze powstaje plazma, czyli zjonizowana chmura dodatnich jonów i elektronów, która jest następnie podgrzewana do temperatury ponad 100 milionów Celsjusza. T jednak nie koniec wyzwań, bo plazmę trzeba utrzymać w zamknięciu wystarczająco długo, aby atomy mogły się ze sobą zderzać i łączyć.
Czytaj też: Fuzja jądrowa – pięć faktów, które warto znać
Plazma jest najczęściej zamknięta w komorach zwanych tokamakami, które wykorzystują pole magnetyczne do jej kontrolowania. Trzeba jednak pamiętać, że podczas fuzji jądrowej, cząstki paliwa stopniowo oddalają się od rdzenia reaktora i w końcu zderzają z wewnętrznymi ściankami zbiornika. Aby uniknąć niszczenia reaktora, zbłąkane cząstki są kierowane do komory zwanej dywertorem – wypompowuje ona nadmiar ciepła, chroniąc tokamak.
Tutaj przechodzimy do sedna problemu. Do tej pory, poważnym ograniczeniem dotychczasowych reaktorów był fakt, że dywertory nie były w stanie wytrzymać ciągłego bombardowania cząstkami przez dłuższy czas niż kilka sekund. Konieczne jest zatem zastosowanie takich materiałów, które wytrzymają lata pracy w warunkach niezbędnych do syntezy jądrowej.
Poprzednio w reaktorach JET ścianki były wykonane z grafitu, ale materiał ten pochłania i zatrzymuje zbyt wiele paliwa, aby można było je wykorzystać w praktyce. Od 2011 r. inżynierowie JET stopniowo zastępowali ścianki dywertora i zbiornika wewnętrznego wolframem. Pierwiastek ten został wybrany, gdyż ma najwyższą temperaturę topnienia spośród wszystkich metali. To bardzo ważne, bo dywertor jest poddawany obciążeniom cieplnym prawie 10 razy większym niż promy kosmiczne wchodzące w ziemską atmosferę. Z kolei wewnętrzna ścianka tokamaka została wykonana z berylu – ma on znakomite właściwości termiczne i mechaniczne dla reaktora termojądrowego.
Fizycy z Uniwersytetu Tennessee-Knoxville przekonują, że to właśnie modyfikacje ścianek tokamaka i dywertora są tym osiągnięciem, które przyspieszy komercjalizację fuzji jądrowej.