Przełomowy eksperyment fuzji jądrowej otwiera nową erę w drodze do reaktorów fuzyjnych

Naukowcy z Uniwersytetu Wisconsin-Madison dokonali przełomu w dziedzinie fuzji jądrowej, ustanawiając nowy rekord najsilniejszego stałego pola magnetycznego, które utrzymuje plazmę. To ważny krok na drodze do stworzenia reaktorów demonstracyjnych, które będą w stanie wytwarzać więcej energii, niż zużywają.

Nowe magnesy, dostarczone przez firmę Commonwealth Fusion Systems (CFS) - pioniera w branży fuzji, pozwoliły na uzyskanie pola magnetycznego o natężeniu 17 tesli. To ponad dwa razy więcej niż w najnowocześniejszych skanerach rezonansu magnetycznego wykorzystywanych do obrazowania ludzkiego mózgu.

Silne pola magnetyczne są kluczowe dla typu fuzji jądrowej, nad którą pracują CFS i inni badacze. Każde podwojenie natężenia pola magnetycznego przekłada się na 16-krotny wzrost mocy wyjściowej w jednym z projektów reaktorów.

Eksperyment WHAM, w którym ustanowiono nowy rekord, działa od kilku lat, ale "to był pierwszy raz, gdy użyto tych nowych magnesów" - powiedział Kieran Furlong, współzałożyciel i dyrektor generalny firmy Realta Fusion. Realta została wydzielona z projektu WHAM w 2022 roku, ale nadal ściśle współpracuje z naukowcami z UW-Madison i samym eksperymentem.

Poprzedni rekord należał do reaktora doświadczalnego Alcator C MIT. Rekord WHAM jest swoistym momentem pełnego koła, który ilustruje, jak ściśle powiązana jest branża fuzji jądrowej. Badania nad Alcator C i jego następcą, Alcator C-Mod, pomogły udowodnić podstawy fizyczne, na których opierają się projekty reaktorów i magnesów CFS.

CFS wydzielono z MIT w 2018 roku, aby skomercjalizować energię fuzji przy użyciu przełomowego projektu magnesów. Zarówno CFS, jak i Realta pracują nad wdrożeniem reaktorów, które wykorzystują potężne pola magnetyczne do utrzymania płonącej plazmy, aby jądra wodoru mogły się łączyć, uwalniając ogromne ilości ciepła. Reaktor CFS to tzw. tokamak, który zmusza plazmę do kształtu pączka.

Z kolei Realta i WHAM pracują nad projektem z lustrem magnetycznym. W nim dwa silne magnesy umieszczone w pewnej odległości od siebie tworzą pole magnetyczne, które utrzymuje plazmę w kształcie przypominającym cukierka Tootsie Roll. Magnesy ściskają plazmę po obu końcach, a jony wodoru odbijają się tam i z powrotem w grubszej części, zderzając się i ulegając fuzji, co uwalnia ciepło.

WHAM będzie służyć jako platforma testowa dla projektu reaktora z lustrem magnetycznym. Gdy wystarczająco dużo się o nim dowiemy, Realta zbuduje demonstracyjny reaktor o nazwie Anvil, który planuje ukończyć jeszcze w tej dekadzie. Będzie on podobny do WHAM, choć większy, i oprócz dostarczania większej ilości danych na temat tego projektu reaktora, pozwoli również naukowcom i inżynierom przetestować, jak różne materiały będą się zachowywać w działającym reaktorze.

Po Anvilu Realta planuje zbudować Hammer, ewolucję tego projektu, która będzie miała nie jeden, ale dwa magnesy na każdym końcu. Pozwoli to na budowę dłuższych reaktorów, które, jak oczekują, będą w stanie dostarczać więcej energii.