Tokamakit ovat laitteita, joita käytetään magneettisessa yhdistelmässä. Näissä reaktioissa voimakasta magneettikenttää käytetään hallitsemaan ja pitämään kuumaa fuusiopolttoaineplasmaa reaktorin sydämessä. Plasma kuumennetaan korkeisiin lämpötiloihin neutraalin säteen ruiskutuksella tai radiotaajuisella lämmityksellä. Päätavoitteena on ylläpitää vakaa plasmatila, jossa fuusioreaktioita voi tapahtua jatkuvasti, mikä tarjoaa rajattoman energianlähteen.
Oakridge National Laboratoryn (ORNL), Princeton Plasma Physics Laboratoryn (PPPL) ja Tokamak Energy Ltd:n tutkijoiden hiljattain tekemä tutkimus merkitsee suurta läpimurtoa fuusioenergiatutkimuksessa. Tiimi saavutti lähes 100 miljoonan celsiusasteen lämpötilat, mikä on välttämätöntä fuusiovoimaloiden kaupallisen energian tuottamiseksi.
Lisäksi he saavuttivat korkeita lämpötiloja kompaktissa tokamakissa, mitä kukaan ei ollut ennen tehnyt!
Tässä tutkimuksessa tutkijat keskittyivät ST40-nimisen korkeakentän pallomaisen tokamakin (ST) käyttöolosuhteiden parantamiseen. Muihin lämpöydinlaitteisiin verrattuna ST40-laite erottuu pienemmästä koostaan ja pallomaisesta plasmastaan.
Tiimi käytti samanlaista lähestymistapaa kuin 1990-luvulla TFTR-tokamakissa, joka tuotti yli 10 miljoonaa wattia fuusiotehoa. ST40 toimi toroidisessa (munkin muotoisessa) magneettikentässä, jonka intensiteetti oli hieman yli 2 Teslaa.
Plasman lämmittämiseen tiimi käytti 1,8 miljoonaa wattia korkean energian neutraaleja hiukkasia. Vaikka plasmapurkaus eli ajanjakso, jolloin lämpöydinreaktiot tapahtuivat aktiivisesti, kesti vain 0,15 sekuntia, ytimen ionien lämpötila saavutti yli 100 miljoonaa celsiusastetta.
Ionilämpötilojen mittaamiseen ryhmä käytti PPPL:ssä kehitettyä TRANSP-kuljetuskoodia. Tämä koodi on hyödyllinen, koska se ottaa huomioon fuusioreaktoreissa käytetyn pääpolttoaineen, epäpuhtauksien ja deuteriumin mitatut lämpötilaprofiilit.
He havaitsivat, että epäpuhtauksien lämpötila-alue ylittää 8,6 keV (noin 100 miljoonaa celsiusastetta), kun taas deuteriumin lämpötila-alue on lähellä tätä arvoa. Tämä havainto viittaa siihen, että kokeessa käytetty lämmitysmenetelmä oli tehokas haluttujen korkeiden lämpötilojen saavuttamisessa.
Tulokset antavat optimismia kompakteihin pallomaisiin suurkenttätokamakkeihin perustuvien lämpöydinvoimalaitosten tulevaan kehitykseen. Nämä edistysaskeleet voivat johtaa tehokkaampiin ja taloudellisesti kannattavampiin ratkaisuihin fuusioenergian alalla, mikä tarjoaa lupaavan tien kestävään ja puhtaaseen energiantuotantoon.
Lue myös: