Pasaulio fizikai ilgą laiką lenktyniavo siekdami sukurti branduolinės sintezės mašiną, kuri galėtų replikuoti atomų lydymo procesą, suteikusį energiją mūsų Saulei pastaruosius 4,5 mlrd. metų. Tai leistų žmonijai gauti švarų, saugų ir iš esmės beribį energijos šaltinį. Dabar JAV vyriausybė parėmė fizikų planus sukurti naujo tipo branduolinės reakcijos įrenginį, kuris, panašu, bus perspektyviausias ir efektyviausias iš visų egzistuojančių tokio tipo mašinų.
Pasaulio fizikai ilgą laiką lenktyniavo siekdami sukurti branduolinės sintezės mašiną, kuri galėtų replikuoti atomų lydymo procesą, suteikusį energiją mūsų Saulei pastaruosius 4,5 mlrd. metų. Tai leistų žmonijai gauti švarų, saugų ir iš esmės beribį energijos šaltinį. Dabar JAV vyriausybė parėmė fizikų planus sukurti naujo tipo branduolinės reakcijos įrenginį, kuris, panašu, bus perspektyviausias ir efektyviausias iš visų egzistuojančių tokio tipo mašinų.
Branduolinių skilimo reakcijų metu energija generuojama tuomet, kai atomo branduolys dalinamas į smulkesnes daleles. Toks būdas naudojamas dabartinėse branduolinėse elektrinėse. Nors šis procesas yra itin efektyvus – jo metu išleidžiamas energijos kiekis yra milijonus kartų efektyvesnis nei anglimi paremtų procesų, – jam reikia itin didelių sąnaudų, sukuriama ir gausybė radioaktyvių atliekų. O branduolinės sintezės metu nesugeneruojama jokių radioaktyvių atliekų ar kenksmingų šalutinių produktų. Branduolinės sintezės įrenginiai pagamina milžinišką kiekį energijos, kai du lengvesnių atomų branduoliai susilieja į vieną sunkesnį itin aukštoje temperatūroje.
„Stelaratorius Wendelstein 7-X“ / Vikipedijos nuotr.
Jeigu mokslininkams pavyktų atkartoti šį procesą ir sukurti tokiu veikimo principu paremtas mašinas, žmonija galėtų patenkinti energijos poreikius visai savo egzistencijai. Tačiau tai nėra taip paprasta – komerciškai atsiperkantį branduolinės sintezės įrenginį mėginta sukurti daugiau nei 60 metų, tačiau iki tikslo dar toli. Esminė problema – branduolinės sintezės mašinai reikia aukštesnės temperatūros, nei branduoliniam skilimui.
Kad įvyktų pastaroji reakcija, reikia vos kelių šimtų laipsnių Celsijaus, o kadangi branduolinės sintezės mašinos turi atkurti Saulėje vykstančius procesus, temperatūra turi siekti net keletą milijonų laipsnių Celsijaus. Be to, branduolinės sintezės mašinos reakcijas pradeda iš esmės nuo nulio, tad pirmiausiai reikia pasiekti kur kas didesnę temperatūrą nei Saulės branduolyje – bent 100 mln. laipsnių Celsijaus. Arčiausiai šio beribio energijos šaltinio atsidūrė vokiečių komanda, dirbanti su Vokietijoje esančiu stelaratoriumi „Wendelstein 7-X“, ir Kinijos Tokamako mokslininkai.
Abiejų eksperimentų metu reikalingą temperatūrą tikimasi pasiekti naudojant įkaitintą plazmą. Didžiausia mokslininkų problema yra išlaikyti sukurtą plazmos debesį. Pavyzdžiui, vokiečiams stelaratoriuje pavyko pasiekti 80 mln. laipsnių Celsijaus vandenilio plazmos temperatūrą tik ketvirtadalį sekundės. Atsižvelgus į galutinį tikslą, tai yra menkas pasiekimas, tačiau mokslininkai tai įvertino kaip didelį žingsnį į priekį. Kiek vėliau, šių metų vasarį, kinai pranešė, kad jiems pavyko plazmą įkaitinti iki beveik 50 mln. laipsnių Celsijaus ir ją išlaikyti 102 sekundes.
Vis dėlto jokiai mašinai kol kas nepavyko įrodyti, kad ji gali nepertraukiamai gaminti energiją branduolinės sintezės reakcijos metu. Tačiau dabar JAV fizikai iš Prinstono plazmos fizikos laboratorijos JAV Energijos departamente teigia radę efektyvesnį būdą įkaitinti plazmą. Paprastai kalbant, branduolinės sintezės mašinos sukūrimas prilygsta žvaigždės įdėjimui į indą. JAV fizikai indą sumanė sukurti iš naujo panaudodami geresnes medžiagas ir kiek kitokią jo formą.
Tradicinės branduolinės sintezės mašinos, vadinamos tokamakais, super karštą plazmą generuoja naudodamos magnetinius laukus spurgos formos įrenginyje, o JAV mokslininkai nori sukurti kompaktiškesnius sferinius tokamakus, kurie atrodytų tarsi tuščiaviduris obuolys.
Mokslininkai mano, kad sferinis dizainas galėtų leisti sumažinti tradiciniuose tokamakuose esančią skylę ir leisti kontroliuoti plazmą kur kas mažesnio lygio energijos magnetiniais laukais. O mažesnė skylė taip pat leistų gaminti tritį – retą vandenilio izotopą, kuris gali susijungti su kitu vandenilio izotopu deuteriu, ir įžiebti branduolinės sintezės reakcijas. Naujoje koncepcijoje kalbama ir apie galimybę pakeisti įprastinius vario magnetus aukštos temperatūros superlaidžiai magnetais, kurie būtų efektyvesni, nes elektra per juos galėtų tekėti be jokios varžos.
Mokslininkų tyrimas publikuotas „Nuclear Fusion“.
