PROMETEJSKA ISKRA

ŠPAGETE FUZIJI PRETE

186 pregleda
EPA

Američki naučnici otkrili su zašto se fuzione reakcije u reaktorima (tokamacima) često raspadaju i prekidaju.

Novo istraživanje objavljeno u časopisu AIP Physics of Plasmaspokazalo je da se silnice moćnih magnetskih polja iskrivljuju poput špageta. Rezultat je to niza matematičkih modeliranja kompleksnih kretanja vruće plazme u magnetskim poljima kakva se koriste u fuzionim eksperimentima.To znači da plazma zagrejana na izuzetno visoke temperature koju nastoje zarobiti snažnim magnetskim poljima u fuzionim reaktorima – tokamacima ponekad uspeva pobeći i doći u kontakt sa zidovima reaktora zbog čega nastaju oštećenja na reaktoru i prekidi reakcije.

Fuzijom se iz malih količina atoma može dobiti golema energija i to čista jer su u igri izotopi vodonika, a proizvod je helijum, dakle neradioaktivno gorivo, za razliku od uranijuma koji se koristi u fisiji. Zbog ovih svojstava fuzija bi trebalo postati energijom budućnosti.

Fuzija je proces spajanja lakših atoma u teže, na primer dva izotopa vodonika u helijum. U tom procesu ukupna masa novonastalih proizvoda fuzije manja je od zbira masa atoma koji su ušli u fuziju. Ova razlika u masi, prema Ajnštajnovoj slavnoj jednačini E = mc2, pretvara se u energiju. Kako je c brzina svetlosti, a ona je veoma velika, c2 je značajan faktor iz kojeg proizlazi da je za stvaranje velike energije dovoljna mala masa.

Dakle, fuzijom se iz malih količina atoma može dobiti golema energija i to čista jer su u igri izotopi vodonika, a proizvod je helijum, dakle neradioaktivno gorivo, za razliku od uranijuma koji se koristi u fisiji. Zbog ovih svojstava fuzija bi trebalo postati energijom budućnosti. Naučnici stoga već decenijama pokušavaju ostvariti postojane fuzijske reakcije. No taj proces pokreće se tek u ekstremnim uslovima.Najveći tehnološki izazov fuzije je to što se gorivo mora dobro kontrolisati na visokim temperaturama, dakle u uslovima koji su slični onima u središtu Sunca.

Temperatura u srcu plazme u eksperimentima s fuzijom kreće se oko 150 miliona Celzijusovih stepeni, što je oko 10 puta veća temperatura od one u središtu Sunca. Na tako velikim temperaturama atomi vodonika imaju dovoljnu kinetičku energiju, odnosno dovoljno veliku brzinu da se približe jedni drugima i da dođe do fuzije, odnosno do spajanja jezgara pod delovanjem jake nuklearne sile.

Takve uslove nije teško ostvariti u nuklearnoj eksploziji jer je njena svrha razaranje, no izazov je učiniti to u kontrolianim uslovma i dugotrajno što je nužno za stvaranje energije u termoelektranama. Na primer, temperatura u srcu plazme u eksperimentima s fuzijom kreće se oko 150 miliona Celzijusovih stepeni, što je oko 10 puta veća temperatura od one u središtu Sunca. Na tako velikim temperaturama atomi vodonika imaju dovoljnu kinetičku energiju, odnosno dovoljno veliku brzinu da se približe jedni drugima i da dođe do fuzije, odnosno do spajanja jezgara pod delovanjem jake nuklearne sile. Šta je pokazalo novo istraživanje?

Jedan od vodećih tipova reaktora koji se koriste za fuzione reakcije jeste tokamak. To je uređaj čije skladište ima oblik američke krafne s rupom. On koristi snažne magnete za kontrolu kružnog toka supervruće plazme u kojoj može doći do fuzije. Nažalost, tokamaci su skloni naglom i teško objašnjivom padu toplote.

Rezultati su pokazali da su se u silnicama magnetskog polja u tokamaku oblikovali sićušni brežuljci koji česticama plazme omogućuju da pobegnu iz poljem ograničenog prostora i udare u unutrašnje zidove reaktora, uz ogromne količine toplotne energije.

U novom istraživanju istraživači iz Laboratorije za fiziku plazme (Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL) u SAD osmislili su trodimenzionalni model (3D) neuređenih silnica magnetskog polja da bi saznali kako njihov oblik utiče na reakciju. Do sada su se u sličnim studijama koristi previše pojednostavljeni, jednodimenzionalni modeli silnica. Trodimenzionalni model nije bilo lako razumeti zbog složenih interakcija koje se odvijaju između električnih i magnetskih polja u reaktoru. No tim iz PPPL-a je za dešifrovanje zbivanja smislio poseban kod za simulaciju kretanja čestica plazme.

Rezultati su pokazali da su se u silnicama magnetskog polja u tokamaku oblikovali sićušni brežuljci koji česticama plazme omogućuju da pobegnu iz poljem ograničenog prostora i udare u unutrašnje zidove reaktora, uz ogromne količine toplotne energije.Postojanje ovih brežuljaka odgovorno je za brzi pad temperature, takozvano termalno gašenje, budući da omogućuju brojnim česticama da pobegnu na zidove tokamaka”, rekao je Min-Gu Jo, autor studije koja opisuje pomenuto modeliranje.Ono što smo pokazali u radu jeste kako nacrtati dobru kartu za razumevanje topologije silnica polja.

Joov saradnik, fizičar Veising Vang, dodao je:U slučaju velikog poremećaja, linije silnica polja postaju potpuno poremećene poput špageta i brzo se u različitim dužinama spajaju na zidovima reaktora”. Identifikovanje ovih brežuljaka u silnicama magnetskog polja važan je korak koji bi trebalo da omogući izbegavanje poremećaja tj. EML-ova (electromagnetic launcher) u plazmi. To bi obezbedilo stabilno i mirno odvijanje reakcija fuzije u dužem vremenskom razdoblju, što je ključni činilac za korišćenje energije fuzije u stvaranju električne energije.

(Indeks)

O autoru

administrator

Ostavite komentar