Ο “τεχνητός ήλιος” της Νότιας Κορέας σημείωσε νέο ρεκόρ σύντηξης, αφού υπερθέρμανε έναν βρόχο πλάσματος στους 100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου για 48 δευτερόλεπτα, όπως ανακοίνωσαν οι επιστήμονες.
Ο αντιδραστήρας Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) κατέρριψε το προηγούμενο παγκόσμιο ρεκόρ των 31 δευτερολέπτων, το οποίο είχε σημειωθεί από τον ίδιο αντιδραστήρα το 2021. Το επίτευγμα είναι ένα ακόμη εντυπωσιακό βήμα στον μακρύ δρόμο προς μια πηγή σχεδόν απεριόριστης καθαρής ενέργειας.
Οι επιστήμονες προσπαθούν να αξιοποιήσουν τη δύναμη της πυρηνικής σύντηξης, τη διαδικασία με την οποία καίγονται τα αστέρια, για περισσότερα από 70 χρόνια. Με τη σύντηξη ατόμων υδρογόνου για τη δημιουργία ηλίου υπό εξαιρετικά υψηλές πιέσεις και θερμοκρασίες, τα λεγόμενα αστέρια κύριας ακολουθίας μετατρέπουν την ύλη σε φως και θερμότητα, παράγοντας τεράστια ποσά ενέργειας χωρίς να παράγουν αέρια του θερμοκηπίου ή ραδιενεργά απόβλητα μακράς διάρκειας.
Ωστόσο, η αναπαραγωγή των συνθηκών που επικρατούν στους πυρήνες των αστεριών δεν είναι απλή υπόθεση. Ο πιο συνηθισμένος σχεδιασμός για αντιδραστήρες σύντηξης – το tokamak – λειτουργεί με την υπερθέρμανση του πλάσματος (μία από τις τέσσερις καταστάσεις της ύλης, που αποτελείται από θετικά ιόντα και αρνητικά φορτισμένα ελεύθερα ηλεκτρόνια) και την παγίδευσή του μέσα σε έναν θάλαμο αντιδραστήρα σε σχήμα ντόνατ με ισχυρά μαγνητικά πεδία.
Ωστόσο, η διατήρηση των τυρβωδών και υπέρθερμων σπειρών πλάσματος στη θέση τους για αρκετό χρονικό διάστημα ώστε να συμβεί η πυρηνική σύντηξη είναι μια επίπονη διαδικασία. Ο σοβιετικός επιστήμονας Natan Yavlinsky σχεδίασε το πρώτο tokamak το 1958, αλλά κανείς δεν κατάφερε ποτέ να δημιουργήσει έναν αντιδραστήρα που να μπορεί να εκλύει περισσότερη ενέργεια από όση λαμβάνει.
Ένα από τα κύρια εμπόδια ήταν ο τρόπος χειρισμού ενός πλάσματος που είναι αρκετά θερμό ώστε να μπορεί να συντηρηθεί. Οι αντιδραστήρες σύντηξης απαιτούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες -πολλές φορές πιο θερμές από τον ήλιο- επειδή πρέπει να λειτουργούν σε πολύ χαμηλότερες πιέσεις από αυτές στις οποίες λαμβάνει χώρα φυσιολογικά η σύντηξη μέσα στους πυρήνες των άστρων. Ο πυρήνας του πραγματικού ήλιου, για παράδειγμα, φτάνει σε θερμοκρασίες περίπου 15 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου αλλά έχει πίεση περίπου ίση με 340 δισεκατομμύρια φορές την πίεση του αέρα στο επίπεδο της θάλασσας στη Γη.
Το πλάσμα είναι σχετικά εύκολο να φτάσει σε αυτές τις θερμοκρασίες, αλλά η εύρεση ενός τρόπου για να το περιορίσουμε έτσι ώστε να μην καεί μέσα στον αντιδραστήρα χωρίς να καταστρέψει τη διαδικασία σύντηξης είναι τεχνικά δύσκολη. Αυτό συνήθως γίνεται είτε με λέιζερ είτε με μαγνητικά πεδία. Για να παρατείνουν το χρόνο καύσης του πλάσματός τους σε σχέση με το προηγούμενο ρεκόρ, οι επιστήμονες τροποποίησαν πτυχές του σχεδιασμού του αντιδραστήρα τους, συμπεριλαμβανομένης της αντικατάστασης του άνθρακα με βολφράμιο για να βελτιώσουν την απόδοση των “εκτροπέων” του tokamak, οι οποίοι απομακρύνουν τη θερμότητα και την τέφρα από τον αντιδραστήρα.
Οι ερευνητές του KSTAR στοχεύουν να ωθήσουν τον αντιδραστήρα να διατηρήσει θερμοκρασίες 100 εκατ. βαθμών Κελσίου για 300 δευτερόλεπτα μέχρι το 2026.
Το ρεκόρ αυτό έρχεται να προστεθεί σε άλλα ρεκόρ ανταγωνιστικών αντιδραστήρων σύντηξης σε όλο τον κόσμο, συμπεριλαμβανομένου του ρεκόρ του χρηματοδοτούμενου από την αμερικανική κυβέρνηση National Ignition Facility (NIF), το οποίο έγινε πρωτοσέλιδο επειδή ο πυρήνας του αντιδραστήρα έβγαλε για λίγο περισσότερη ενέργεια απ’ όση εισήχθη σε αυτόν.
[via]
