Niedawno zupełnie pisałem o sporych problemach, z jakimi borykają się projektanci międzynarodowego projektu ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), pierwszego z prawdziwego zdarzenia reaktora termojądrowego, w którym energia uzyskiwana jest w procesie fuzji jądrowej (łączenia się ze sobą jąder atomów, w tym przypadku wodoru). Technologia, która od wielu już lat okrzykiwana jest raz po raz energetycznym “zbawieniem” ludzkości ciągle nie potrafi wyjść poza wiek dziecięcy – mimo że już w latach 50-tych XX. wieku powstał pierwszy prototyp Tokamaka (na tym rozwiązaniu opiera się również reaktor ITER), ciągle nie udało się nikomu spowodować, by eksperymentalne reaktory termojądrowe wygenerowały więcej energii niż same konsumują – a bez tego cała ta technologia oczywiście nie będzie miała racji bytu.

ITER, jak wspomniałem, opiera się na konstrukcyjnym koncepcie tokamaka, radzieckiego projektu, w którym urządzenie wygląda – w uproszczony sposób (polecam też zerknąć do wpisu o ITER, gdzie umieściłem schemat reaktora) jak, nie przymierzając, pączek (ale ten w wersji amerykańskiej, czyli “donut”). Reaktor ma bowiem formę sporawego (sporo większego od pączka) torusa, w którym znajduje się komora plazmowa – pierścień otoczony jest przez potężne magnesy, które siłą pól magnetycznych utrzymują plazmę, o temperaturze milionów stopni Celsjusza, w bezpiecznej odległości od jakichkolwiek powierzchni. Rozwiązanie to ma sporo minusów – wymaganych jest wiele magnesów, z których każdy musi działać bezbłędnie (można sobie wyobrazić do jakich uszkodzeń doprowadzi gorąca plazma w kontakcie ze ścianami urządzenia), konieczne jest również wytwarzanie skomplikowanego, wielobiegunowego pola magnetycznego.

Koncept tokamaka to dominujące rozwiązanie na świecie – na szczęście jednak nie jedyne. Bardzo ciekawe rozwiązanie, które niedawno przeszło pomyślnie wstępne próby, zaprezentowali Amerykanie, ściślej zaś mówiąc wspólnie działający naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA) oraz Columbia University (Nowy Jork, USA). Mowa o projekcie Levitated Dipole Experiment (LDX), nowatorskim projekcie reaktora termojądrowego.

Projekt LDX rozpoczęty został już w 1998 roku jako konkurencyjna próba w stosunku do przestarzałej technologii tokamaka. Zamysł był generalnie taki, by zamienić miejscami magnesy utrzymujące plazmę w swoistym uwięzieniu – o ile w tokamaku jest to wiele magnesów otaczających plazmę, w LDX zdecydowano, że magnes znajdzie się w samym środku urządzenia i to on będzie otoczony plazmą. Początkowo próbowano przez lata wariantu z magnesem utrzymywanym na swoim miejscu przez system podpór – próby te jednak nie kończyły się zbyt szczęśliwie: zaburzenia plazmy powodowane przez podpory wpływały negatywnie na proces fuzji jądrowej. Z tego też względu naukowcy zdecydowali się na radykalny krok: usunięto jakiekolwiek podpory a sam magnes unosi się pozornie… “w powietrzu”. Rozwiązano to w ten sposób, że główny magnes reaktora (półtonowy nadprzewodzący magnes o wielkości i kształcie opony dużej ciężarówki, wytworzony ze stopu cynowo-niobowego i schłodzony przez otaczający cewki płynny hel o temperaturze -269 stopni Celsjusza) lewituje w próżniowej komorze, unoszony przez kolejny magnes, umiejscowiony nad nim.

Rozwiązanie to stało się w pełni funkcjonalne dopiero w listopadzie poprzedniego roku, kilka dni temu natomiast przeprowadzono drugie uruchomienie próbne. Wyniki pomiarów wskazują na to, że rozwiązanie może być niezłym początkiem na drodze do reaktorów termojądrowych z prawdziwego zdarzenia. Nie dość, że znikają wreszcie uciążliwe dodatkowe elementy, utrzymujące magnes i zaburzające pola magnetyczne w reaktorze, rozwiązanie to ma jeszcze sporo innych zalet: magnes to zwykły dipol (czyli najprostszy magnes posiadający dwa bieguny, południowy i północny), co zupełnie nie przypomina skomplikowanych pól magnetycznych tokamaka. W ten sposób pole magnetyczne generowane jest w LDX na tej samej zasadzie, jak powstaje we wnętrzach planet – naukowcy nie kryją więc, że poza chęcią poznania tajników fuzji jądrowej LDX posłuży z pewnością jako ciekawe narzędzie pozwalające nam zrozumieć sposób funkcjonowania pola magnetycznego Ziemi, o którym tak naprawdę ciągle wiemy niewiele.

Kolejną zaletą LDX jest sam sposób, w jaki plazma uzyskuje swą, konieczną do zainicjowania reakcji termojądrowej, gęstość: w tokamaku potężne magnesy usiłują cały czas ściskać plazmę i każde zaburzenie powoduje, że plazma “rozpryskuje” się na boki. Jednak w LDX, zamiast “naciskania” z zewnątrz to samo dzieje się “naturalnie”, od wewnątrz – magnes w środku reaktora przyciąga plazmę, utrzymując ją w odpowiednim obszarze. Nie można też nie wspomnieć o jeszcze jednej, ważnej innowacji: reaktory typu tokamak skazane są na przeprowadzanie reakcji termojądrowych w oparciu o fuzję deuteru i trytu (izotopów wodoru z odpowiednio jednym i dwoma neutronami; określa się ją jako cykl paliwowy D-T), natomiast tryt po pierwsze nie występuje w naturze (trzeba go więc wytwarzać sztucznie), po drugie podczas reakcji wytwarzanych jest sporo bardzo energetycznych neutronów, uszkadzających strukturę urządzenia. LDX dopuszcza tutaj kolejną innowację – w cyklu paliwowym reaktora możliwe jest przeprowadzenie co prawda trudniejszego do podtrzymania, ale bezpieczniejszego procesu fuzji deuter-deuter (cykl D-D), który nie ma dwóch wad wymienionych wcześniej.

Wszystko to wygląda dość obiecująco – trudno jednak zbytnio się emocjonować, skoro od ponad pół wieku już trwają prace nad stworzeniem odpowiedniej technologii i ciągle brak wielkiego przełomu. Póki co także LDX nie potrafi dokonać tego, co przeważy w końcu o sensie całej technologii – ciągle nie jest możliwe uzyskanie więcej energii w reaktorze, niż konieczne jest jej dostarczyć do zainicjowania i podtrzymania procesu fuzji. A bez tego nie ma zupełnie sensu budować reaktory komercyjne.

Wpisy o podobnej tematyce:

• Drożejąca fuzja jądrowa
• Remont przed budową
• Chińczycy dokładają do reaktora ITER
• Zimna fuzja w piwnicy
• Fuzja w pułapce w HiPER