Co to jest synteza magnetyczna?
Fuzja w zamknięciu magnetycznym to podejście do fuzji jądrowej, które polega na zawieszeniu plazmy (zjonizowanego gazu) w polu magnetycznym i podniesieniu jej temperatury i ciśnienia do wielkich poziomów. Fuzja jądrowa jest rodzajem energii jądrowej wytwarzanej, gdy lekkie jądra atomowe - wodór, deuter, tryt lub hel - łączą się ze sobą w wysokich temperaturach i ciśnieniach. Całe światło i ciepło Słońca pochodzi z reakcji syntezy jądrowej zachodzących w jego jądrze. Dzięki temu Słońce może w ogóle istnieć - zewnętrzny nacisk reakcji syntezy jądrowej równoważy tendencję do zapadania się grawitacji.
Chociaż ludzkość wykorzystała energię rozszczepienia - rozbijając ciężkie jądra - w celu uzyskania energii jądrowej, udana moc syntezy jądrowej wciąż nam umyka. Jak dotąd każda próba wytworzenia energii syntezy jądrowej zużywa więcej energii niż wytwarza. Fuzja z zamknięciem magnetycznym jest jednym z dwóch popularnych podejść do fuzji jądrowej - drugim jest fuzja inercyjna z zamknięciem, polegająca na bombardowaniu pelletu paliwowego laserami o dużej mocy. Obecnie istnieje jedna wielomiliardowa inwestycja realizująca każdą ścieżkę - National Ignition Facility w Stanach Zjednoczonych dąży do fuzji inercyjnej z uwięzieniem, a międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy, międzynarodowy projekt, dąży do fuzji magnetycznej.
Eksperymenty w dziedzinie fuzji w magnetycznym zamknięciu rozpoczęły się w 1951 roku, kiedy Lyman Spitzer, fizyk i astronom, zbudował Stellerator, urządzenie do ograniczania plazmy w kształcie ósemki. Główny przełom nastąpił w 1968 r., Kiedy rosyjscy naukowcy zaprezentowali publicznie projekt tokamaka, torus, który byłby konstrukcją większości przyszłych urządzeń do fuzji magnetycznej. W 1991 r. Nastąpił kolejny krok naprzód z budową START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) w Wielkiej Brytanii, sferomaka lub sferycznego tokamaka. Testy wykazały, że to urządzenie jest około trzy razy lepsze niż większość tokamaków w inicjowaniu reakcji syntezy jądrowej, a sferomaki nadal stanowią obszar badań w badaniach nad syntezą jądrową.
Aby reakcje syntezy jądrowej były skuteczne, środek reaktora tokamak należy ogrzać do temperatury około 100 milionów kelwinów. W tak wysokich temperaturach cząstki mają ogromną energię kinetyczną i nieustannie próbują uciec. W jednym badaniu nad syntezą jądrową porównuje się wyzwanie zespolenia magnetycznego z ściskaniem balonu - jeśli mocno naciskasz z jednej strony, po prostu wyskakuje z drugiej. W przypadku fuzji w izolacji magnetycznej to „wyskakiwanie” powoduje zderzenie cząstek o wysokiej temperaturze ze ścianą reaktora, zeskrobując kawałki metalu w procesie znanym jako „rozpylanie”. Cząsteczki te pochłaniają energię, obniżając całkowitą temperaturę zamkniętej plazmy i utrudniając osiągnięcie właściwej temperatury.
Jeśli uda się opanować moc syntezy jądrowej, może stać się niezrównanym źródłem energii dla ludzkości, ale nawet najbardziej optymistyczni badacze nie oczekują komercyjnego wytwarzania energii przed 2030 r.