Didžiulis žingsnis pirmyn neribotos energijos link
Moks­li­nin­kai žen­gė di­džiu­lį žings­nį pir­myn, link sta­bi­lios bran­duo­li­nės sin­te­zės ener­gi­jos. Jie at­ra­do bū­dą kaip ter­mob­ran­duo­li­niuo­se reak­to­riuo­se sta­bi­li­zuo­ti plaz­mą ir už­kirs­ti ke­lią tem­pe­ra­tū­rų bei tan­kių svy­ra­vi­mams.

Manoma, kad branduolinė sintezė yra atsakymas į neribotą ir ekologišką energiją. Deja, bet suvaldyti šį energijos šaltinį – itin sudėtinga, bet dabar atrodo, kad mokslininkai taip arti to, kaip niekada.

Neseniai Prinstono universitete įsikūrusi JAV Energetikos departamento Prinstono plazmos fizikos laboratorijos (PPPL) mokslininkų grupė atliko keletą simuliacijų, kuriomis bandė stabilizuoti sintezės reaktoriuose esančią plazmą. Ir atrodo, kad jiems pavyko tai padaryti.

Kaip žinia, plazma yra viena iš medžiagų būsenų. Jei kalbame apie Žemėje esančias tipines sąlygas, tai plazma negali natūraliai egzistuoti skystos, kietos ar dujinės būsenos. Tačiau plazma natūraliai aptinkama žvaigždėse.

Žemėje mokslininkai plazmą gali generuoti esant itin aukštai temperatūrai sintezės reaktoriuose, tačiau stabilizuoti šį procesą yra labai sudėtinga. Dažniausiai dėl temperatūrų ir tankių svyravimų plazma yra nestabili, todėl branduolių sintezės reakcija sustoja. Toks procesas vadinamas „pjūkliniu bangos nestabilumu“ (angl. sawtooth instability), kuris atsiranda, kai srovė tampa pakankamai stipri, kad destabilizuotų ir sustabdytų reakcijas.

Tačiau labai tikėtina, kad mokslininkams pavyko rasti būdą, kaip imituojant branduolių sintezės reakcijas stabilizuoti plazmą. Tyrėjai bandė pakartoti tuos pačius procesus keliuose sintezės reaktoriuose, kurie vyksta visatoje esančiose žvaigždėse.

Reaktoriuose esančioje plazmoje suspenduoti perkaitinto vandenilio atomai tarpusavyje susidurdami skyla į labai įkrautus jonus ir elektronus. Tuomet jonai ir elektronai tampa heliu. Šio proceso metu sukuriamas didelis šilumos ir energijos kiekis, kurį galima panaudoti elektros gamybai.

Siekiant plazmos šerdyje išlaikyti srovę, reaktorius naudoja „magnetinio srauto pumpavimo mechanizmą“. Tai taip pat leidžia palaikyti tam tikrą plazmos stabilumą ir užtikrinti, kad reakcija nebūtų sustabdoma, bet tęstųsi.

Naujausiose simuliacijose nustatyta, kad du hibridiniai scenarijai gali paskatinti „magnetinio srauto pumpavimą“. Vienas scenarijus yra toks, kai plazma yra stabili (H-režimas), o kitas scenarijus, kai plazma netenka tam tikro kiekio energijos (L-režimas).

PPPL „magnetinio srauto pumpavimą“ atrado simuliacijų metu, kai buvo taikomas hibridinis scenarijus. Jo metu srovė plazmoje išliko tolygi ir plazmos slėgis buvo pakankamai didelis. Ši kombinacija sukelia „kvazi-keitimosi režimą“, kuris deformuojant magnetinį lauką sumaišo plazmą. Šis maišymo efektas užtikrina, kad srovė išlieka tolygi ir tuo pačiu išvengiama reakcijos sustabdymo dėl „pjūklinio bangos nestabilumo“.

Šiam tyrimui vadovavo mokslininkė Isabel‘ė Krebs, kuri apie būsimas šio atradimo pritaikymo galimybes sakė, kad „šis mechanizmas gali būti labai įdomus būsimiems didelės apimties sintezės eksperimentams, pavyzdžiui, ITER“.

Šis plazmos stabilizavimo būdas yra didžiulis žingsnis pirmyn – link neribotos ir ekologiškos energetikos.

Tyrimo duomenys buvo paskelbti moksliniame žurnale „Physics of Plasma“.