Gara maratonë drejt fuqisë së shkrirjes mund të jetë duke arritur një sprint

Në shtator, një magnet shumë i madh, tepër i fuqishëm u shkarkua në Saint-Paul-lez-Durance në Francën Jugore për t’u përfshirë në Reaktorin Eksperimental Termonuklear Ndërkombëtar (ITER), një bashkëpunim i madh ndërkombëtar që po përpiqet të provojë fizibilitetin teknik të bërthamës. shkrirje.

Përtej pellgut, brenda disa ditësh nga mbërritja e atij magneti masiv, një ekip studiuesish në Institutin e Teknologjisë në Massachusetts, në bashkëpunim me kompaninë private Commonwealth Fusion Systems, njoftuan arritjen e tyre më të fundit në garën drejt shkrirjes bërthamore ekonomike: një test i suksesshëm i tyre. Eksperimenti SPARC, i cili funksionon në një magnet superpërçues relativisht të vogël, me temperaturë të lartë. Këto dy eksperimente të drejtuara nga magnet përfaqësojnë dy qasje ndaj fuqisë së shkrirjes, një grail i shenjtë i kërkimit të energjisë.

Fusioni bërthamor tashmë është arritur. Mbajtësi i rekordit për fuqinë e kontrolluar të shkrirjes mbahet nga një makinë e quajtur me dashuri JET, e cila prodhoi 16 megavat fuqi të shkrirjes në fund të viteve 1990. Vështirësia me të cilën përballen tani fizikanët dhe inxhinierët – dhe që janë përballur që kur u arrit shkrirja – është të arrijnë të marrin më shumë energji nga reaktorët e shkrirjes bërthamore sesa përdoret nga makinat për të drejtuar reaksionet.

Shkrirja bërthamore është një reagim që prodhon sasi të mëdha energjie, por nuk ndodh natyrshëm në Tokë. Nëse njerëzit do të mund të prodhonin në mënyrë të sigurtë dhe ekonomike më shumë energji nga reaksionet e shkrirjes sesa duhet për të fuqizuar reaksionet (dhe kërkon shumë energji për ta bërë këtë), ne nuk do të vareshim më nga burimet e energjisë me bazë karboni si qymyri, nafta dhe natyrore. gazit. Por ne po ecim përpara.

Shkrirja bërthamore përshkruan një reaksion që ndodh kur bërthamat e lehta të dy atomeve shkrihen për të formuar një bërthamë të vetme. Në këtë proces, çlirohet një sasi e madhe energjie. (Kjo është E=mc2 e Ajnshtajnit në praktikë.) Gjërat duhet të energjizohen jashtëzakonisht shumë që të ndodhë shkrirja, që do të thotë se ato duhet të jenë vërtet, vërtet, të nxehta, në 100 milionë gradë ose më shumë. Shkrirja bërthamore është ajo që e bën Diellin të shkëlqejë, pasi atomet e hidrogjenit kombinohen për të formuar heliumin, duke çliruar energji në proces. Nëse shkencëtarët do të mund ta bënin atë proces të funksiononte në Tokë – dhe ta bënin procesin të funksiononte në shkallë – kjo do ta bënte energjinë shumë më të pastër duke hequr lëndët djegëse fosile nga ekuacioni.

“Ju mund të thoni se është një problem i vështirë, sepse njerëzit kanë punuar për të për dekada, me, e dini, me përpjekje vërtet serioze, njerëz të zgjuar, shumë para, makina të mëdha,” Martin Greenwald, një fizikant në Shkencën e Plazmës në MIT. dhe Fusion Center dhe një anëtar i bashkëpunimit MIT-CFS, tha në një telefonatë video.

Asnjë nga këto nuk duhet të ngatërrohet me ndarjen bërthamore, e cila është ajo që drejton termocentralet e sotme bërthamore dhe prodhon energji duke ndarë bërthamat e rënda. Zbërthimi bërthamor prodhon më pak energji se shkrirja bërthamore dhe gjeneron produkte të mbeturinave radioaktive, gjë që nuk prodhon shkrirja.

ITER dhe SPARC të dy mbështeten në makinat e quajtura tokamaks, të shpikura për herë të parë në vitet 1950, të cilat kufizojnë plazmën e mbinxehur të përbërë nga grimca që mund të ndërveprojnë për të prodhuar reaksione të shkrirjes. Tokamakët janë ndërtuar në toruse, gjë që është thjesht mënyra e një gjeometristi për të thënë forma donut. Tokamakët nuk janë makinat e vetme të ndërtuara për shkrirje: ka edhe yjorë, të cilët janë si tokamakët, por më të përdredhur. Nëse një tokamak është një krof, një yjor është një kërpudha.

Pajisjet janë ndërtuar për të gjeneruar fusha magnetike, në mënyrë që të përmbajnë plazmën që bën të mundur shkrirjen. Magnetët e fundit në lajme (super i madh i ITER dhe ai relativisht i vogël i SPARC) janë pjesë e tokamakëve dhe përdoren për të kufizuar plazmën, duke e mbajtur atë jashtë kontaktit me lëndën e zakonshme. Brenda një tokamak, plazma të kujton karamele pambuku të rrahur në formë; me kalimin e kohës, një grup i mrekullueshëm bluzash, vjollce dhe rozë janë ato që mund të shohim nga fizika e vazhdueshme. (Kjo normalisht nuk mund të shihet, por një tokamak – COMPASS tokamak në Pragë – ka një kamerë të instaluar brenda.)

Magneti i ITER është një modul 110 tonësh i magnetit të solenoidit qendror me gjashtë module; kur të përfundojë, solenoidi qendror do të jetë magneti më i madh superpërçues i ndërtuar ndonjëherë, me një fushë gati 300,000 herë më të fuqishme se fusha magnetike e Tokës, sipas Departamentit të Energjisë. I gjithë tokamaku do të peshojë 23,000 tonë. Synimi i ITER është të prodhojë 10 herë më shumë fuqi të shkrirjes sesa fuqia që i nevojitet makinës për ta bërë atë, por ky është vetëm shkrirja për të cilën makina po përpiqet—nuk merr parasysh sasinë e energjisë elektrike që futet në sistem për të gjeneruar plazma fillestare. Pra, një operacion i tërë që gjeneron fuqi neto (ajo që quhet niveli inxhinierik) është një qëllim më i lartë, për të cilin ITER nuk po përpiqet.

Me një fushë magnetike dy herë më të fortë, “ju mund të keni një pajisje dy herë më të vogël për të njëjtën performancë,” tha Ana Koller, një fizikane e specializuar në shkrirjen bërthamore në Institutin Max Planck për Fizikën e Plazmës, në një telefonatë. “Por ajo pistë ishte pak a shumë deri vonë një rrugë pa krye, duke pritur për një shtytje teknologjike nga ana e superpërçuesit.”

Siç mund të pritet nga makineritë jashtëzakonisht komplekse që kërkojnë një kohë të gjatë për t’u ndërtuar, funksionuar dhe përditësuar, eksperimentet e shkrirjes kërkojnë diçka si një “ngjitje e vazhdueshme e kanaleve”, sipas Koller. Si një bashkëpunim i madh ndërkombëtar, ITER – i konceptuar për herë të parë 40 vjet më parë – ka pasur disa vonesa gjatë rrugës. Ekipet e ITER dhe MIT-CFS po garojnë drejt qëllimeve të reaksioneve të shkrirjes; ITER aktualisht pret të ekzekutojë plazmën e tij të parë në 2025, në të njëjtin vit që MIT-CFS pret që SPARC të përfundojë. Nga ana tjetër, SPARC po shtron terrenin shkencor për një impiant pilot të shkrirjes të quajtur ARC, i cili mund të jetë funksional në fillim të vitit 2030. Asnjëri prej këtyre projekteve nuk do të vendosë në fakt energjinë elektrike në rrjet; ato janë eksperimente që po përpiqen të provojnë vetë parimin e shkrirjes, se mund të prodhohet më shumë fuqi sesa është përdorur për të gjeneruar reaksionin.

“Kjo nuk është një lloj gare ku qëllimi përfundimtar është të poshtëroni dhe zhdukni plotësisht kundërshtarin tuaj,” tha Koller. “Kjo është një garë ku ne kemi diversitet në kërkimin e shkrirjes me të cilën mund të punojmë në të ardhmen – pra jo ajo ku fituesi i merr të gjitha.”

Greenwald ka punuar për shkrirjen bërthamore për pjesën më të madhe të 50 viteve, por inovacioni i fundit teknologjik nga ana e ekipit të MIT është diçka si një moment vendimtar. “Ideja e përdorimit të superpërcjellësve me temperaturë të lartë për të arritur në magnete me fushë më të lartë kishte qenë disi në ADN-në tonë,” tha ai, por deri në zbulimin e fundit inxhinierik, ekipi nuk e dinte se si do ta menaxhonin.

Tani që ata kanë, ekipi i MIT-CFS po ecën me avull të plotë përpara me SPARC, demonstruesi i teknologjisë për reaktorin eventual ARC. ARC do të ndërtohet në të njëjtën mënyrë, me shtresa të materialit të sheshtë superpërcjellës të vendosura mbi njëra-tjetrën dhe të ftohur në 20 kelvin për të gjeneruar një fushë magnetike. ARC varet nga aftësia e SPARC për të provuar konceptin. “Hapi tjetër është të shkojmë pak më i madh,” tha Greenwald, “në një objekt të tërë, i cili po prodhon energji neto.”

Ndërsa ARC do të jetë rreth dy herë më i madh se SPARC, ai është ende shumë më i vogël se ITER, i cili u ndërtua me një enë më të madhe për të mbajtur më shumë plazmë dhe për të rritur kështu gjasat e reaksioneve të shkrirjes. Magnetët e rinj të ekipit MIT-CFS bëjnë të mundur që pajisjet të kryejnë sasi të ngjashme shkrirjeje me një makinë 40 herë më të madhe në vëllim, sipas një njoftimi të MIT.