Τα βασικά σημεία του άρθρου
- Ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες επέδειξαν μια νέα μέθοδο διατήρησης ηλεκτρικών ρευμάτων σε πειράματα πυρηνικής σύντηξης, με την επιτυχή χρήση ενός «helicon current drive».
- Το επίτευγμα στη General Atomics βασίζεται στη χρήση ισχυρών ραδιοκυμάτων μέσω ειδικής κεραίας για την οδήγηση ηλεκτρικών ρευμάτων μέσα από εξαιρετικά θερμό πλάσμα.
- Η συγκεκριμένη πρόοδος υπόσχεται να ξεπεράσει την ανάγκη διακοπής λειτουργίας των συμβατικών tokamak, φέρνοντας πιο κοντά την ανάπτυξη αντιδραστήρων συνεχούς λειτουργίας.
Φανταστείτε μια πηγή ενέργειας καθαρή, πρακτικά ανεξάντλητη και ικανή να τροφοδοτήσει τον πλανήτη χωρίς να επιβαρύνει το περιβάλλον. Αυτή είναι η υπόσχεση της πυρηνικής σύντηξης —της διαδικασίας, δηλαδή, που δίνει ενέργεια στον Ήλιο και στα υπόλοιπα αστέρια.
Για δεκαετίες, το μεγαλύτερο αγκάθι των επιστημόνων ήταν πώς θα κρατήσουν αυτή την «τεχνητή miniature του Ήλιου» αναμμένη για μεγάλο χρονικό διάστημα. Μια νέα, επαναστατική ανακάλυψη από τις Ηνωμένες Πολιτείες έρχεται τώρα να αλλάξει τα δεδομένα, φέρνοντας το όνειρο της αδιάλειπτης παραγωγής ενέργειας ένα βήμα πιο κοντά στην καθημερινότητά μας.
Σε ένα σημαντικό επίτευγμα, ερευνητές στις Ηνωμένες Πολιτείες επέδειξαν μια νέα μέθοδο διατήρησης ηλεκτρικών ρευμάτων σε πειράματα πυρηνικής σύντηξης, με την επιτυχή χρήση ενός «helicon current drive» (συστήματος οδήγησης ρεύματος με κύματα helicon).
Σύμφωνα με νέα ευρήματα που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Physical Review Letters, αυτή η πρόοδος θα μπορούσε να βοηθήσει ξεπεραστεί ένα σημαντικό εμπόδιο στην προσπάθεια ανάπτυξης αντιδραστήρων που μπορούν να λειτουργούν συνεχώς.
Το επίτευγμα, το οποίο υλοποιήθηκε από μια ομάδα επιστημόνων στη General Atomics στο Σαν Ντιέγκο, βασίζεται στη χρήση ισχυρών ραδιοκυμάτων για την οδήγηση ηλεκτρικών ρευμάτων μέσα από εξαιρετικά θερμό πλάσμα -το ηλεκτρικά φορτισμένο αέριο στο οποίο λαμβάνουν χώρα οι αντιδράσεις σύντηξης.
Η πρόκληση της διατήρησης: Πώς θα μείνει «αναμμένο» το πλάσμα
Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν με τη χρήση του DIII-D, ενός ερευνητικού αντιδραστήρα σε σχήμα ντόνατ, γνωστού ως tokamak, ο οποίος βασίζεται σε ισχυρά μαγνητικά πεδία για τον εγκλωβισμό του πλάσματος στις ακραίες θερμοκρασίες που απαιτούνται ώστε οι ατομικοί πυρήνες να συντηχθούν και να απελευθερώσουν ενέργεια.
Μια σημαντική πρόκληση που αντιμετωπίζουν τα συμβατικά tokamak αφορά την εξάρτησή τους από ένα κεντρικό ηλεκτρομαγνητικό πηνίο, το οποίο τους επιτρέπει να παράγουν ηλεκτρικό ρεύμα μέσα στο εγκλωβισμένο πλάσμα τους. Αυτό λειτουργεί παρόμοια με έναν μετασχηματιστή, καθώς το πηνίο επάγει ρεύμα καθώς συμβαίνουν αλλαγές στο μαγνητικό του πεδίο.
Ωστόσο, μόλις το πηνίο φτάσει στα όρια του εύρους λειτουργίας του, ο αντιδραστήρας αναγκάζεται να διακόψει τη λειτουργία του για να επαναφέρει το σύστημα, εμποδίζοντας τη διαδικασία να συνεχιστεί επ’ αόριστον. Εξαιτίας αυτού, οι ερευνητές αναζητούν εναλλακτικές μεθόδους για την επίτευξη συνεχών ρευμάτων πλάσματος, χωρίς να χρειάζεται να βασίζονται στο κεντρικό πηνίο.
Η απόδειξη στην πράξη: Το «κύμα» που ξεκλειδώνει τη συνεχή ροή ενέργειας
Η υπέρβαση αυτών των χρόνιων προβλημάτων απαιτεί μια εναλλακτική προσέγγιση, και αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο οι ερευνητές εξερευνούν νέες μεθόδους διατήρησης των ρευμάτων πλάσματος που δεν βασίζονται στη χρήση κεντρικού πηνίου. Στην πρόσφατη μελέτη, η ομάδα με επικεφαλής τον φυσικό Τζεφ Λεστς (Jeff Lestz) επέλεξε να χρησιμοποιήσει μια νέα τεχνική, γνωστή ως «helicon current drive», η οποία αξιοποιεί ραδιοκύματα κατευθυνόμενα με συγκεκριμένους τρόπους, προκειμένου να μεταφέρει ενέργεια και ορμή στα ηλεκτρόνια μέσα στο πλάσμα.
Για να το επιτύχουν αυτό, τα ραδιοκύματα εκπέμπονται μέσω μιας ειδικής κεραίας, την οποία η ομάδα χρησιμοποίησε για να τα κατευθύνει γύρω από τον αντιδραστήρα tokamak, επιτρέποντάς τους έτσι να διεισδύσουν προς τον πυρήνα του πλάσματος.
Τα ηλεκτρόνια που κινούνται με κατάλληλες ταχύτητες αλληλεπιδρούν με τα κύματα, γεγονός που τα βοηθά να διατηρήσουν το ηλεκτρικό ρεύμα, χωρίς να εξαρτώνται εξ ολοκλήρου από το συμβατικό σύστημα μετασχηματιστή.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές απέδειξαν ότι τα κύματα θα μπορούσαν να μεταφέρουν αποτελεσματικά ενέργεια βαθιά μέσα στο πλάσμα, χρησιμοποιώντας αυτό που αποκαλούν «σύστημα helicon επιπέδου μεγαβάτ».
Επιπλέον, παρακολούθησαν τις αλλαγές στη μαγνητική δομή του πλάσματος, οι οποίες ήταν συμβατές με τη δημιουργία πρόσθετου ηλεκτρικού ρεύματος —παρέχοντας έτσι την απόδειξη ότι η νέα μέθοδος λειτούργησε όπως είχε προγραμματιστεί.
Το μονοπάτι για την επόμενη μέρα: Πώς φτάνουμε στη συνεχή παραγωγή ενέργειας
Συνολικά, «αυτά τα πειραματικά αποτελέσματα αποτελούν ισχυρή ένδειξη για την πρώτη οριστική παρατήρηση υποστηρικτικής οδήγησης ρεύματος μέσω κυμάτων helicon σε οποιαδήποτε συσκευή», γράφουν οι ερευνητές στην πρόσφατη μελέτη τους.
Τα ευρήματα της ομάδας προσφέρουν μία από τις πιο σημαντικές πειραματικές αποδείξεις μιας προσέγγισης που ερευνάται εδώ και καιρό από τους ειδικούς της σύντηξης. Αν και το πρόσφατο πείραμα δεν επιβεβαιώνει την παραγωγή συνεχούς ενέργειας σύντηξης, σηματοδοτεί ένα πολλά υποσχόμενο νέο μέσο για την αντιμετώπιση μιας από τις τεχνολογικές προκλήσεις που πιθανότατα θα αντιμετωπίσουν οι μελλοντικοί αντιδραστήρες.
Στο μέλλον, η ομάδα οραματίζεται ότι το σύστημα «helicon current drive» θα μπορούσε να αναπτυχθεί και να κλιμακωθεί για πρακτική χρήση, γεγονός που θα προσέφερε ένα σημαντικό πλεονέκτημα, βοηθώντας τα tokamak να επιτύχουν και να διατηρήσουν τις σταθερές συνθήκες πλάσματος που θα απαιτούν οι μεγαλύτερες διάρκειες λειτουργίας.
Τελικά, δυνατότητες όπως αυτές θα μπορούσαν να συμβάλουν ώστε η προσβάσιμη ενέργεια σύντηξης να έρθει ένα βήμα πιο κοντά στο να γίνει μια πρακτική πραγματικότητα στα χρόνια που έρχονται. Η μελέτη της ομάδας, με τίτλο «First Experimental Evidence of Helicon Current Drive», δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Physical Review Letters.