Tokamaks är enheter som används i fusion med magnetisk inneslutning. I dessa reaktioner används ett kraftfullt magnetfält för att kontrollera och innehålla det heta fusionsbränsleplasman i reaktorhärden. Plasman värms upp till höga temperaturer genom neutral strålinjektion eller radiofrekvensuppvärmning. Huvudmålet är att upprätthålla ett stabilt plasmatillstånd där fusionsreaktioner kan ske kontinuerligt, vilket ger en obegränsad energikälla.
En nyligen genomförd studie av forskare vid Oakridge National Laboratory (ORNL), Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) och Tokamak Energy Ltd markerar ett stort genombrott inom forskning om fusionsenergi. Teamet nådde temperaturer på nästan 100 miljoner grader Celsius, vilket är nödvändigt för att fusionskraftverk ska kunna producera kommersiell energi.
Dessutom uppnådde de höga temperaturer i en kompakt tokamak, vilket ingen hade gjort tidigare!
I den här studien fokuserade forskarna på att förbättra driftsförhållandena för en högfältssfärisk tokamak (ST) kallad ST40. Jämfört med andra termonukleära enheter kännetecknas ST40-enheten av sin mindre storlek och sfäriska plasma.
Teamet använde ett tillvägagångssätt liknande det som användes på 1990-talet vid TFTR tokamak, som genererade mer än 10 miljoner watt fusionskraft. ST40 opererade i ett toroidformat (munkformat) magnetfält med en intensitet strax över 2 Tesla.
För att värma plasman använde teamet 1,8 miljoner watt neutrala partiklar med hög energi. Även om plasmaurladdningen, eller perioden då termonukleära reaktioner aktivt inträffade, bara varade i 0,15 sekunder, nådde temperaturen på jonerna i kärnan mer än 100 miljoner grader Celsius.
För att mäta jontemperaturer använde teamet TRANSP-transportkoden som utvecklats vid PPPL. Denna kod är användbar eftersom den tar hänsyn till de uppmätta temperaturprofilerna för föroreningar och deuterium, det huvudsakliga bränslet som används i fusionsreaktorer.
De fann att temperaturområdet för föroreningar överstiger 8,6 keV (cirka 100 miljoner grader Celsius), medan temperaturområdet för deuterium ligger nära detta värde. Detta fynd tyder på att uppvärmningsmetoden som användes i experimentet var effektiv för att uppnå de önskade höga temperaturerna.
Resultaten ger optimism för den framtida utvecklingen av termonukleära kraftverk baserade på kompakta sfäriska högfältstokamaker. Dessa framsteg skulle kunna leda till mer effektiva och ekonomiskt gångbara lösningar inom fusionsenergiområdet, som erbjuder en lovande väg till hållbar och ren energiproduktion.
Läs också: