Το λογισμικό που υπόσχεται να κάνει πραγματικότητα την πυρηνική σύντηξη

Έχουμε αναφερθεί αρκετές φορές στο παρελθόν σχετικά με τις προκλήσεις που πρέπει να ξεπεράσουν οι ερευνητές της πυρηνικής σύντηξης προκειμένου να υλοποιηθούν οι πρώτοι εμπορικοί αντιδραστήρες αυτού του τύπου. Υπάρχει η ανάγκη να αναπτυχθούν νέοι τύποι χάλυβα ικανοί να ενεργοποιούνται ελάχιστα από την πρόσκρουση νετρονίων υψηλής ενέργειας, ενώ είναι εξαιρετικά σημαντικό είναι να σταθεροποιηθεί το πλάσμα και να ελεγχθούν οι αναταράξεις.

Και φυσικά, δεν πρέπει να παραβλέπεται το γεγονός ότι στους πειραματικούς αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης, όπως ο ITER, οι ερευνητές περιορίζουν τους φορτισμένους πυρήνες δευτερίου και τριτίου χρησιμοποιώντας ένα μαγνητικό πεδίο. Όσο ισχυρό κι αν είναι αυτό το πεδίο, έχει πάντα ένα όριο στην ένταση του και τα παραγόμενα σωματίδια αποκτούν πολύ διαφορετικές ενέργειες. Ορισμένα έχουν πολλή ενέργεια και άλλα, ωστόσο, αποκτούν μικρή ενέργεια. Οι μηχανικοί των αντιδραστήρων είναι σε θέση να συγκρατήσουν τη μέση ενέργεια, αλλά τα σωματίδια που την υπερβαίνουν έχουν τη δυνατότητα να διαφύγουν από το μαγνητικό πεδίο.

Το πρόβλημα είναι ότι αν διαφύγουν πάρα πολλά σωματίδια, χάνεται πολλή ενέργεια και η αντίδραση σύντηξης δεν μπορεί να διατηρηθεί για μεγάλο χρονικό διάστημα. Ευτυχώς, αυτή η πρόκληση μπορεί να επιλυθεί με τη διαμόρφωση των μαγνητικών πεδίων και την αύξηση του μεγέθους του πλάσματος. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο κάθε πειραματικός αντιδραστήρας είναι μεγαλύτερος από τον προηγούμενο. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι ο ITER έχει το σωστό μέγεθος, επειδή όσο περισσότερα σωματίδια υπάρχουν γύρω από ένα διαφεύγον σωματίδιο, τόσο πιο πιθανό είναι να χτυπήσει ένα άλλο στην πορεία διαφυγής του και να γυρίσει πίσω ή να παραδώσει την ενέργειά του.

Οι επιστήμονες που διεξάγουν έρευνα στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης έχουν στη διάθεσή τους ένα πολύ ισχυρό εργαλείο που επιδιώκει να τους βοηθήσει να επιλύσουν τις προκλήσεις που προαναφέραμε. Ονομάζεται JOREK και είναι ένα πρόγραμμα υπολογιστή που έχει σχεδιαστεί για να προσομοιώνει με μεγάλη ακρίβεια την πολύπλοκη δυναμική του πλάσματος στο εσωτερικό των αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης που χρησιμοποιούν μαγνητικό περιορισμό. Στην πραγματικότητα, είναι χρήσιμο τόσο κατά την εργασία με αντιδραστήρες τύπου tokamak, όπως ο ITER, όσο και με μηχανές τύπου stellarator όπως ο γερμανικός Wendelstein 7-X ή ο ισπανικός TJ-II.

Το λογισμικό αυτό συμμετέχει ενεργά στο σχεδιασμό του ITER για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του πλάσματος σε μια ιδιαίτερα προβληματική περιοχή ακραίας θερμοκρασίας. Αυτή η γνώση είναι τρομερά πολύτιμη για τη βελτίωση της σταθεροποίησης του πλάσματος πολύ υψηλής θερμοκρασίας (πάνω από 150 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου) που περιέχει τους πυρήνες δευτέριου και τριτίου.

Ωστόσο, το JOREK είναι επίσης σε θέση να κάνει άλλους τύπους προβλέψεων που επιτρέπουν στους μηχανικούς που εργάζονται με αντιδραστήρες σύντηξης να αποφύγουν τις βλαβερές εκρήξεις ενέργειας που μπορούν να προκαλέσουν ακραία εντοπισμένες λειτουργίες (γνωστές ως ELM).

Η προγνωστική ικανότητα αυτού του λογισμικού αποδεικνύεται ότι είναι πολύ χρήσιμη όχι μόνο για την πρόβλεψη της συμπεριφοράς του πλάσματος υπό διαφορετικές συνθήκες, αλλά και για την ανάπτυξη στρατηγικών που επιτρέπουν στους μηχανικούς να αποφύγουν την εμφάνιση γεγονότων που ενδεχομένως έχουν την ικανότητα να θέσουν σε κίνδυνο τη σταθερότητα της αντίδρασης σύντηξης. Οι μηχανικοί που εργάζονται στον τομέα της πυρηνικής σύντηξης έχουν επαληθεύσει την ακρίβεια των προβλέψεων του JOREK με τον πιο αποτελεσματικό τρόπο: συγκρίνοντας τις με το αποτέλεσμα πραγματικών πειραμάτων.

Το λογισμικό αυτό αναπτύχθηκε από ερευνητές του Ινστιτούτου Max Planck για τη Φυσική του Πλάσματος στη Γερμανία, αν και το EUROfusion, το ευρωπαϊκό όργανο που είναι υπεύθυνο για την προώθηση και την υποστήριξη της επιστημονικής έρευνας που είναι απαραίτητη για την επιτυχή ολοκλήρωση του ευρωπαϊκού σχεδίου πυρηνικής σύντηξης, συμμετείχε ενεργά στην ανάπτυξή του.

 [via]