Амерички научници открили су зашто се фузионе реакције у реакторима (токамацима) често распадају и прекидају.
Ново истраживање објављено у часопису AIP Physics of Plasmas показало је да се силнице моћних магнетских поља искривљују попут шпагета. Резултат је то низа математичких моделирања комплексних кретања вруће плазме у магнетским пољима каква се користе у фузионим експериментима. То значи да плазма загрејана на изузетно високе температуре коју настоје заробити снажним магнетским пољима у фузионим реакторима – токамацима понекад успева побећи и доћи у контакт са зидовима реактора због чега настају оштећења на реактору и прекиди реакције.
Фузијом се из малих количина атома може добити голема енергија и то чиста јер су у игри изотопи водоника, а производ је хелијум, дакле нерадиоактивно гориво, за разлику од уранијума који се користи у фисији. Због ових својстава фузија би требало постати енергијом будућности.
Фузија је процес спајања лакших атома у теже, на пример два изотопа водоника у хелијум. У том процесу укупна маса новонасталих производа фузије мања је од збира маса атома који су ушли у фузију. Ова разлика у маси, према Ајнштајновој славној једначини Е = mc2, претвара се у енергију. Kако је c брзина светлости, а она је веома велика, c2 је значајан фактор из којег произлази да је за стварање велике енергије довољна мала маса.
Дакле, фузијом се из малих количина атома може добити голема енергија и то чиста јер су у игри изотопи водоника, а производ је хелијум, дакле нерадиоактивно гориво, за разлику од уранијума који се користи у фисији. Због ових својстава фузија би требало постати енергијом будућности. Научници стога већ деценијама покушавају остварити постојане фузијске реакције. Но тај процес покреће се тек у екстремним условима. Највећи технолошки изазов фузије је то што се гориво мора добро контролисати на високим температурама, дакле у условима који су слични онима у средишту Сунца.
Температура у срцу плазме у експериментима с фузијом креће се око 150 милиона Целзијусових степени, што је око 10 пута већа температура од оне у средишту Сунца. На тако великим температурама атоми водоника имају довољну кинетичку енергију, односно довољно велику брзину да се приближе једни другима и да дође до фузије, односно до спајања језгара под деловањем јаке нуклеарне силе.
Такве услове није тешко остварити у нуклеарној експлозији јер је њена сврха разарање, но изазов је учинити то у контролианим условма и дуготрајно што је нужно за стварање енергије у термоелектранама. На пример, температура у срцу плазме у експериментима с фузијом креће се око 150 милиона Целзијусових степени, што је око 10 пута већа температура од оне у средишту Сунца. На тако великим температурама атоми водоника имају довољну кинетичку енергију, односно довољно велику брзину да се приближе једни другима и да дође до фузије, односно до спајања језгара под деловањем јаке нуклеарне силе. Шта је показало ново истраживање?
Један од водећих типова реактора који се користе за фузионе реакције јесте токамак. То је уређај чије складиште има облик америчке крафне с рупом. Он користи снажне магнете за контролу кружног тока супервруће плазме у којој може доћи до фузије. Нажалост, токамаци су склони наглом и тешко објашњивом паду топлоте.
Резултати су показали да су се у силницама магнетског поља у токамаку обликовали сићушни брежуљци који честицама плазме омогућују да побегну из пољем ограниченог простора и ударе у унутрашње зидове реактора, уз огромне количине топлотне енергије.
У новом истраживању истраживачи из Лабораторије за физику плазме (Princeton Plasma Physics Laboratory, PPPL) у САД осмислили су тродимензионални модел (3D) неуређених силница магнетског поља да би сазнали како њихов облик утиче на реакцију. До сада су се у сличним студијама користи превише поједностављени, једнодимензионални модели силница. Тродимензионални модел није било лако разумети због сложених интеракција које се одвијају између електричних и магнетских поља у реактору. Но тим из PPPL-а је за дешифровање збивања смислио посебан код за симулацију кретања честица плазме.
Резултати су показали да су се у силницама магнетског поља у токамаку обликовали сићушни брежуљци који честицама плазме омогућују да побегну из пољем ограниченог простора и ударе у унутрашње зидове реактора, уз огромне количине топлотне енергије. „Постојање ових брежуљака одговорно је за брзи пад температуре, такозвано термално гашење, будући да омогућују бројним честицама да побегну на зидове токамака”, рекао је Мин-Гу Јо, аутор студије која описује поменуто моделирање. „Оно што смо показали у раду јесте како нацртати добру карту за разумевање топологије силница поља.”
Јоов сарадник, физичар Веисинг Ванг, додао је: „У случају великог поремећаја, линије силница поља постају потпуно поремећене попут шпагета и брзо се у различитим дужинама спајају на зидовима реактора”. Идентификовање ових брежуљака у силницама магнетског поља важан је корак који би требало да омогући избегавање поремећаја тј. EML-ова (electromagnetic launcher) у плазми. То би обезбедило стабилно и мирно одвијање реакција фузије у дужем временском раздобљу, што је кључни чинилац за коришћење енергије фузије у стварању електричне енергије.
(Индекс)
