Nauka
Sada čitate
Energetska budućnost u fuziji

Britanski fuzioni reaktor Tokamak Energy iz Oksfordšajera napravio je veliki iskorak ka iskorišćavanju fuzione energije za proizvodnju električne energije. Ovaj sferni reaktor bi u sledećih šest godina mogao da napravi pravi preokret u energetskoj industriji, kako su najavili 7. decembra.

Više malih fuzionih reaktora, takozvanih tokamaka, modela ST25 kombinovano je sa visokotemperaturnim superprovodnicima koji svojim magnetnim poljem „čuvaju“ vrelu plazmu.

Sferno raspoređeni reaktori omogućavaju da sa manjim intenzitetom magnetnog polja dobijemo veći pritisak plazme“, rekao je Bil Huang, inženjer na reaktoru. On očekuje da do 2020. godine reaktor dostigne fuzionu temperaturu od oko 100 miliona stepeni celzijusa.

Da podsetimo, nuklearna fuzija je proces zahvaljujući kome Sunce, kao i ostale zvezde, emituje energiju. Na temperaturama od oko 100 miliona stepeni celzijusa, atomi ostaju ogoljeni od svojih elektrona i ostaju joni, pa kao takvi formiraju stanje materije koje se naziva plazma. U vreloj plazmi, jezgra atoma se kreću neverovatno velikim brzinama. Ova energija je dovoljno velika da savlada odbojnu kulonovu silu između dva isto naelektrisana jeѕgra i omogući im da se spoje. Fuzija, spajanje dva jezgra, oslobađa velike količine energije.

Ova energija je pre svega čista. Fuzija već preko 4.5 milijarde godina održava Sunce živim i procena je da će trajati još isto toliko. Stoga iz perspektive naše planete možemo reći da je fuzija obnovljivi resurs, odnosno da će biti dovoljno goriva da nas održava snabdevenim energijom dok je i naše planete.

Tokamak kao reaktor je torusnog oblika. Magnetno polje koje prave superprovodni elektromagneti održava plazmu u pokretu i tako je čuva. Ovo je jedini način da se 100 miliona stepeni celzijusa jonizovane plazme drži na zemlji, jer bi bilo koji materijal podlegao pod visokim temperaturama. 2014. godine desio se veliki pomak kada je tokamak u National ignition facility laboratoriji u SAD proizveo više energije nego što je uloženo u održavanje tokamaka.

Međutim, ovo nije jedini način da se čuva i održava vrela plazma.

Grafički prikaz Wendelstein 7-X reaktora

Grafički prikaz Wendelstein 7-X reaktora

 

Dok na ostrvu sferno raspoređeni tokamaci daju jače magnetno polje za čuvanje plazme, u Nemačkoj je 10. decembra, nakon skoro 19 godina pripreme, proradio najveći stelarator na svetu. Reaktor Wendelstein 7-X, na institutu Maks Plank, ima 16 metara u prečniku, a ukupni troškovi, nakon preko milion radnih sati, iznose 1.1 milijardu evra.

Stelaratori su malo drugačiji reaktori od tokamaka. U W7-X posebnim rasporedom i konstrukcijom superprovodnih elektromagneta plazma se uvija, tako da je čuvanje u magnetnom polju mnogo efikasnije. Za ovakvav efekat potrebno je posebno konstruisati svaki od superprovodnih magneta oko torusa u kom se nalazi plazma. W7-X se sastoji od 50 superprovodnih elektromagneta, od kojih je svaki težak oko 6 tona i hladi se tečnim helijumom na temperature blizu apsolutne nule. Pri konstrukciji magneta u Maks Plank univerzitetu korišćen je superkompjuter, a njihov oblik i raspored više podsećaju na gomilu otpada nego na najveći stelarator na svetu.

Unutrašnjost Wendelstein 7-X reaktora

Unutrašnjost Wendelstein 7-X reaktora

I dok su tokamaci mnogo jednostavniji, jeftiniji i isplativiji za proizvodnju, njihova konstrukcija ne dozvoljava duge impulse plazme. Najduži impuls fuzione energije prikupljen je tokom 6 minuta i 30 sekundi na francuskom tokamaku Tore Supra. Stelaratori teorijski mogu čuvati plazmu u impulsima i do 30 minuta.

U prvom test puštanju, Wendelstein 7-X je proizveo plazmu od 1. miligrama helijuma koji je zagrejan na oko milion stepeni celzijusa mikrotalasnim laserom od 1.3 megavata. Impuls je trajao desetinu sekunde. Iako helijum nije primarno gorivo koje se koristi u fuziji, Tomas Klinger, glavni profesor na ovom projektu, je za više izvora rekao da sa helijumom mnogo jednostavnije postići stanje plazme.

Eksperimenti sa vodonikom zakazani su za januar 2016. godine. Iako ovaj stelarator nije planiran kao industrijski reaktor već eksperimentalni, Wendelstein 7-X  je odskočna daska za druge stelaratore, koji bi mogli biti prava konkurencija tokamacima kada je budućnost fuzione energije u pitanju.

Autor: Boris Klobučar

Izvor: Elementarijum

O autoru
Elementarijum
Elementarijum je naučno popularni portal Centra za promociju nauke.