Mokslo ir technologijų pasaulis

Niujorko universiteto mokslininkai Romeo Aleksanderis (Romeo Alexander) ir Polas Garabedianas (Paul Garabedian) paskutiniajame „Proceedings of the National Academy of Sciences“ numeryje paskelbė straipsnį apie neįprastą stelaratoriaus ričių konstrukciją. Tikimasi, jog tokia patobulinta konstrukcija padės išspręsti svarbiausią termobranduolinės sintezės reaktorių problemą – pramušimus plazmoje, dėl kurių dalelės ištrūksta iš reaktoriaus ir gali sugadinti visą įrangą.

„Mūsų kartai nepaprastai svarbu išplėtoti švarius ir veiksmingus energijos šaltinius, – straipsnyje aiškina tyrėjai. – Viename iš pasiūlytų variantų įgyvendinama termobranduolinės sintezės reakcija, kurios metu vandenilis virsta heliu, nepalikdamas ilgalaikių radioaktyvių atliekų – priešingai nei branduolinio skilimo atveju“.

Termobranduolinės sintezės reaktoriai gali gaminti energiją vykstant deuterio ir tričio – vandenilio izotopų, atitinkamai turinčių vieną ir du neutronus (pats vandenilis neutronų neturi) – sintezei. Izotopai, reaktoriaus vakuume izoliuoti stipraus magnetinio lauko, gali įveikti tarpusavio stūmos jėgą bei susijungti, sudarydami helio jonus (pastarieji turi du protonus) ir išlaisvindami didelės energijos neutronus. Jei išlaisvintųjų neutronų greitį pavyktų sumažinti, jų energiją galima saugiai panaudoti, pavyzdžiui, garų turbinoje, kuri švariai ir efektyviai gamintų elektrą.

Gebėjimas tiksliai izoliuoti plazmą nuo sienelių yra vienas esminių stelaratoriaus pranašumų prieš kitokio tipo termobranduolinės sintezės reaktorius. Nors tokamakas, pagrindinis stelaratoriaus konkurentas, daugelio pripažįstamas pirmaujančia technologija termobranduolinės sintezės energijai gaminti, visgi dėl simetriškos tokamako toro formos, norint išvengti dalelių dreifo, plazma privalo tekėti srovė. Iš kitos pusės, asimetriška stelaratoriaus toro forma leidžia atsisakyti srovės tekėjimo, nes izoliuojančiam magnetiniui laukui kurti gali būti panaudotos išlankstytos ritės.

„Po to, kai norimo dydžio plazmos viduje parenkamas tinkamiausias magnetinis laukas, mes nustatome ričių, kurios reikalingos sukurti išorinį lauką, skaičių, formą ir vietą“, – aiškina mokslininkai.

R.Aleksanderio ir P.Garabediano konstrukciją sudaro 12 žiedinių ričių, netaisyklingai gaubiančių torą. Jų sukuriamas magnetinis laukas yra suderintas su lauku plazmos viduje. Nors iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad šiuos laukus nėra sunku suderinti, tačiau tyrėjai aiškina, jog galimi matematiniai sprendiniai nusakytų per daug sudėtingas konstrukcijas, kurias vargu ar pavyktų realiai pastatyti.

Kol panaudojamas kuo mažesnis ričių kiekis, konstrukcija išlaiko plazmos formą ir optimizuoja jos fizikines savybes viduje. Ritės sukuria tiek vertikalų, tiek toroidinį magnetinį lauką tam, kad būtų stabilizuota plazmą izoliuojanti jėga. Norint pašalinti šalutinius trikdžius, galinčius iškreipti plazmos magnetinius paviršius, ritės privalo būti vienalyčiais paviršiais.

„Šiluminės pernašos Monte Karlo skaičiavimai, apimantys kvazineutralumą, rodo, jog kvaziašinės simetrijos (QAS) stelaratorių kuriama plazmos izoliacija gali būti panaši į analogišką tokamakų atvejį, tačiau reikalingi bandymai, norint parodyti, jog šios konfigūracijos gali pasiekti aukštas jonų temperatūras, kurios būtinos termobranduolinės sintezės plazmos degimui prasidėti, – apibendrina mokslininkai. – Atrodo, kad fiziką šioje vietoje išstumia techniniai klausimai, bandant ieškoti tinkamų ričių, galinčių sukurti išorini magnetinį lauką stelaratoriuje... Mūsų naudojami metodai, regis, yra pakankami, kad nedelsdami galėtume atlikti stelaratoriaus plazmos uždegimo eksperimentą“.

Plačiau: MokslasPlius