Ratkaisuja fuusiotekniikan haasteisiin

Runsas, edullinen ja puhdas energia – odotettu tulos, jos tiedemiehet ja insinöörit pystyvät onnistuneesti tuottamaan luotettavan menetelmän fuusioenergian tuottamiseksi ja ylläpitämiseksi.

Aihe on nyt ottanut askeleen lähemmäksi todellisuutta, kun Texasin yliopiston Austinista, Los Alamosin kansallisen laboratorion ja Type One Energy Groupin tutkijaryhmä on ratkaissut yhden alan pitkäaikaisen ongelman.

Yksi suurimmista fuusioenergian pidättelyyn liittyvistä haasteista on ollut kyky pitää korkeaenergisiä hiukkasia fuusioreaktorien sisällä. Kun korkeaenergisiä alfahiukkasia vuotaa reaktorista, se estää plasmaa tihentymästä ja kuumenemasta tarpeeksi fuusioreaktion ylläpitämiseksi.

Vuotojen estämiseksi insinöörit suunnittelevat monimutkaisiamagneettisia plasman koossapitojärjestelmiä, mutta magneettikentässä on usein aukkoja, ja niiden sijainnin ennustamiseen ja poistamiseen tarvitaan valtavasti laskenta-aikaa.

Uudessa tutkimusartikkelissaan tutkimusryhmä kuvailee löytäneensä oikotien, jonka avulla insinöörit voivat suunnitella vuotamattomia magneettisia koossapitojärjestelmiä 10 kertaa nopeammin kuin parhaalla nykyisellä standardimenetelmällä, tarkkuudesta tinkimättä.

Vaikka magneettifuusion suunnittelussa on edelleen useita muita suuria haasteita, tämä edistysaskel ratkaisee suurimman haasteen, joka on ominaista 1950-luvulla ensimmäisen kerran ehdotetulle fuusioreaktorityypille, jota kutsutaan stellaraattoriksi.

"Jännittävintä on se, että ratkaisemme ongelman, joka on ollut avoinna lähes 70 vuotta", sanoo Josh Burby, UT:n fysiikan apulaisprofessori ja artikkelin ensimmäinen kirjoittaja. "Se on paradigman muutos siinä, miten suunnittelemme näitä reaktoreita."

Tämä uusi menetelmä voi auttaa myös samankaltaisessa mutta erilaisessa ongelmassa toisessa suositussa magneettifuusioreaktorissa, tokamakissa. Siinä ongelma on karkaavat korkeaenergiset elektronit, jotka voivat tehdä aukon ympäröiviin seiniin. Tämä uusi menetelmä voi auttaa tunnistamaan magneettikentän aukot, joista nämä elektronit saattavat vuotaa.

Tokamakissa käytetään donitsin muotoista magneettikenttää palavan plasman vangitsemiseen. Osa plasmasta on kuitenkin edelleen vuorovaikutuksessa reaktorin seinämän kanssa, mikä voi aiheuttaa vakavia vaurioita.

Sveitsissä tehdyissä fuusioreaktorikokeissa on osoitettu uusi tapa poistaa ei-toivottua lämpöä magneettisesti rajatusta plasmasta.

Yhdessä tärkeimmistä eurooppalaisista tokamak-kokeista Kenneth Lee Sveitsin liittovaltion teknillisestä instituutista Lausannesta (EPFL) ja hänen yhteistyökumppaninsa ovat osoittaneet uuden ja mahdollisesti tehokkaan tavan poistaa ylimääräistä lämpöä.

Lee huomauttaa, että kehitetty konsepti voitaisiin toteuttaa SPARCissa, seuraavan sukupolven tokamak-reaktorissa, jota Commonwealth Fusion Systems Massachusettsissa kehittää yhteistyössä MIT:n kanssa.

Aiheesta aiemmin:

Fuusiopolttoaineita tehostaen

Miten olisi pieni ydinfuusio?

Uusi rakettimoottorin konsepti