Σε ένα πρωτοποριακό επίτευγμα για την έρευνα στον τομέα της σύντηξης, ο γερμανικός Wendelstein 7-X, ο μεγαλύτερος αστέρας στον κόσμο, απέδειξε για άλλη μια φορά τις δυνατότητές του να φέρει την ανθρωπότητα πιο κοντά στην απεριόριστη καθαρή ενέργεια.
Οι ερευνητές διατήρησαν με επιτυχία ένα σταθερό, υψηλής ποιότητας πλάσμα για 43 δευτερόλεπτα, χρησιμοποιώντας κατεψυγμένα σφαιρίδια υδρογόνου για να διατηρήσουν και να ελέγξουν τη διαδικασία σύντηξης.
Στην καρδιά αυτού του πειράματος-ρεκόρ, οι επιστήμονες ενέχυσαν περίπου 90 σφαιρίδια κατεψυγμένου υδρογόνου, πλάτους περίπου 0,04 ιντσών το καθένα, στον θάλαμο πλάσματος.
Εν τω μεταξύ, ισχυρά μικροκύματα θέρμαναν το πλάσμα σε πάνω από 20 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου, φτάνοντας περιστασιακά κοντά στους 30 εκατομμύρια.
Αυτό το ακραίο περιβάλλον επέτρεψε στο πλάσμα να παραμείνει σταθερό για ένα ρεκόρ 43 δευτερολέπτων, ένα σημαντικό βήμα προς αντιδραστήρες που μπορούν να λειτουργούν συνεχώς αντί για σύντομες εκρήξεις.
Ο Thomas Klinger, επικεφαλής λειτουργιών στο Wendelstein 7-X και ηγετική φυσιογνωμία στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική Πλάσματος (IPP) , χαιρέτισε το ορόσημο, δηλώνοντας: «Το νέο ρεκόρ είναι ένα τεράστιο επίτευγμα από τη διεθνή ομάδα. Καταδεικνύει εντυπωσιακά τις δυνατότητες του Wendelstein 7-X».
Οι επιστήμονες της σύντηξης μετρούν την πρόοδο μέσω του τριπλού γινομένου, ενός δείκτη απόδοσης που πολλαπλασιάζει τρεις ζωτικούς παράγοντες – την πυκνότητα πλάσματος, τη θερμοκρασία και τον χρόνο περιορισμού.
Η ικανοποίηση του κριτηρίου Lawson, όπου ένα πλάσμα παράγει περισσότερη ενέργεια από ό,τι καταναλώνει, παραμένει ο απώτερος στόχος.
Για αυτό, και οι τρεις παράμετροι πρέπει να κορυφώνονται ταυτόχρονα, καθιστώντας τους μακρούς, σταθερούς παλμούς πλάσματος απαραίτητους για τον έλεγχο των πραγματικών συνθηκών αντιδραστήρα.
Μια σημαντική ανακάλυψη προήλθε από το Εθνικό Εργαστήριο Όουκ Ριτζ (ORNL), του οποίου ο καινοτόμος εγχυτήρας σφαιριδίων παρείχε σταθερή τροφοδοσία υδρογόνου.
Το σύστημα σχημάτιζε και τροφοδοτούσε συνεχώς κατεψυγμένους κυλίνδρους υδρογόνου στο πλάσμα, συγχρονιζόμενο τέλεια με τους κύκλους θέρμανσης.
Αυτός ο ελεγχόμενος ανεφοδιασμός διατήρησε την πυκνότητα του πλάσματος σε ένα βέλτιστο εύρος, διασφαλίζοντας ότι παρέμεινε αρκετά ζεστό για να διατηρήσει τις αντιδράσεις σύντηξης χωρίς να καταρρεύσει.
Πέρα από την τροφοδοσία με καύσιμα, τα σφαιρίδια σταθεροποίησαν επίσης τις ακαθαρσίες και εξομάλυσαν τις συνθήκες στις άκρες, οι οποίες συχνά στερούν ενέργεια από το πλάσμα.
Αυτός ο ακριβής έλεγχος σηματοδοτεί μια σημαντική μετάβαση από τους πειραματικούς παλμούς στη συνεχή λειτουργία, τη λειτουργία που θα απαιτούν οι μελλοντικοί αντιδραστήρες για την εμπορική παραγωγή ενέργειας.
Η αξιοπιστία αυτών των αρχείων έγκειται σε σχολαστική διάγνωση.
Εργαλεία από το Εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Πρίνστον και το IPP συνεργάστηκαν για την παρακολούθηση των θερμοκρασιών ιόντων, της πυκνότητας ηλεκτρονίων και του χρόνου περιορισμού ενέργειας, των βασικών μετρήσεων του τριπλού προϊόντος.
Η ακριβής βαθμονόμηση και η συνεχής παρακολούθηση εξασφάλισαν αξιόπιστα δεδομένα σε μεγάλες δοκιμές πλάσματος.
Σε αντίθεση με τα tokamak, τα οποία βασίζονται σε παλμικά ρεύματα, οι stellarators συστρέφουν τα μαγνητικά πεδία σε πολύπλοκα τρισδιάστατα σχήματα που περιορίζουν φυσικά το πλάσμα χωρίς να χρειάζονται σταθερότητα λόγω ρεύματος.
Αυτός ο σχεδιασμός προσφέρει μια πορεία για συνεχή, χωρίς διακοπές λειτουργία, αν και συνοδεύεται από μηχανικές προκλήσεις στον σχεδιασμό πηνίων και στην κατασκευή ακριβείας.
Η επόμενη φάση για το έργο W7-X περιλαμβάνει μεγαλύτερες διάρκειες θέρμανσης, βελτιωμένο έλεγχο των pellet και βελτιωμένη προετοιμασία τοίχων.
Οι μηχανικοί στοχεύουν στη διατήρηση υψηλής απόδοσης για αρκετά λεπτά, διατηρώντας παράλληλα τον εξοπλισμό και μειώνοντας τις ακαθαρσίες.
