Naukowcy z konsorcjum EUROfusion ogłosili wyniki rekordowej kampanii eksperymentalnej przeprowadzonej w 2021 roku na największym na świecie tokamaku JET (Joint European Torus), który znajduje się w Wielkiej Brytanii. W eksperymentach naukowcy dokonali pierwszych obserwacji procesu zwanego grzaniem cząstkami alfa, który umożliwia utrzymanie wysokiej temperatury paliwa w procesie fuzji.
W 2021 roku naukowcy z konsorcjum EUROfusion, w tym także polscy naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy (IFPiLM) w Warszawie, przeprowadzili specjalną kampanię eksperymentalną na tokamaku JET, aby zbadać ekstremalne warunki, jakie będą występowały w tokamaku ITER, eksperymentalnym reaktorze badawczym budowanym na południu Francji, oraz w przyszłych elektrowniach termojądrowych.
Naukowcom udało się osiągnąć odpowiednie warunki, w tym temperaturę wynoszącą 150 milionów stopni Celsjusza wewnątrz plazmy (gorącego, naładowanego gazu) zawieszonej wewnątrz pola magnetycznego urządzenia.
- Jednym z naszych najbardziej efektownych wyników jest pierwsza dokładna obserwacja paliwa termojądrowego utrzymującego swoją temperaturę poprzez ogrzewanie cząstkami alfa. Jest to proces, w którym wysokoenergetyczne jony helu (cząstki alfa) powstające w reakcji syntezy jądrowej przekazują swoją energię do otaczającej mieszanki paliwowej, aby utrzymać proces fuzji – mówi Costanza Maggi, członkini UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Authority) i była liderka Task Force JET. - Badanie tego procesu w realistycznych warunkach ma kluczowe znaczenie dla rozwoju elektrowni termojądrowych – dodaje.
Badania przedstawione przez naukowców w zasadniczy sposób wpłyną na prace projektowe, a także działanie przyszłych eksperymentalnych urządzeń termojądrowych zasilanych paliwem deuterowo-trytowym (mieszanka dwóch izotopów wodoru wykorzystywana do produkcji energii termojądrowej). Większość wyników została opublikowana w specjalnym wydaniu czasopisma naukowego „Nuclear Fusion”, a prace dotyczące grzania cząstkami alfa ukazały się w prestiżowym czasopiśmie naukowym „Physical Review Letters” (DOI: 10.1103/PhysRevLett.80.5548).
Tokamak JET to jedyne urządzenie, które może wytwarzać duże ilości reakcji termojądrowych ze względu na swoją unikalną zdolność do pracy z mieszanką paliwową deuter-tryt (D-T). Jest to wysokowydajna mieszanka paliwowa, która będzie stosowana także w międzynarodowym projekcie ITER i przyszłej europejskiej demonstracyjnej elektrowni termojądrowej DEMO.
Podczas drugiej eksperymentalnej kampanii deuterowo-trytowej (DTE2) na JET w 2021 roku ustanowiono światowy rekord wynoszący 59 megadżuli w zakresie największej ilości ciepła termojądrowego wytworzonego w jednym strzale, co po ogłoszeniu w lutym 2022 roku spotkało się z dużym zainteresowaniem opinii publicznej (więcej na ten temat w tekście: Rekordowe wyniki eksperymentów z syntezą jądrową w tokamaku JET).
- Kampanię DTE2 przygotowywano przez wiele lat. Wyniki naukowe i rekord energii osiągnięty na JET w 2021 roku pokazują, że rozumiemy i kontrolujemy plazmę termojądrową w warunkach możliwie najbardziej zbliżonych do tych zagwarantowanych w przyszłych urządzeniach termojądrowych. Przewidzieliśmy i ostatecznie pokazaliśmy, że możemy wytwarzać, utrzymywać i badać syntezę jądrową w warunkach o wysokiej wydajności, tak długo, jak pozwala na to urządzenie. Potwierdza to, że jesteśmy na dobrej drodze do dostarczania energii otrzymywanej z reakcji syntezy jądrowej do sieci – mówi Volker Naulin, manager Działu Nauki o Fuzji w EUROfusion.
- Cieszymy się, że polscy naukowcy mają swój udział w sukcesie, jaki osiągnięto na tokamaku JET podczas kampanii DTE2. Nauka ma to do siebie, że ciągle odkrywamy coś nowego. Przed nami stoi jeszcze wiele wyzwań, ale dzięki wspólnej determinacji w dążeniu do celu realna staje się perspektywa komercyjnych elektrowni termojądrowych – wyjaśnia Agata Chomiczewska, krajowy koordynator badań na tokamaku JET z IFPiLM.
JET to największe i odnoszące znaczące sukcesy urządzenie do przeprowadzania kontrolowanych reakcji termojądrowych na świecie oraz centralny ośrodek badawczy europejskiego programu fuzji jądrowej. JET ma swoją siedzibę na terenie kampusu UKAEA w Culham w Wielkiej Brytanii i korzysta z niego ponad 31 europejskich laboratoriów – zarządzanych przez konsorcjum EUROfusion współfinansowane przez Komisję Europejską – wśród nich eksperci, studenci oraz pracownicy z całej Europy.
W niedzielę 25 czerwca bieżącego roku badacze zajmujący się syntezą jądrową w Europie i na świecie świętowali 40. rocznicę pierwszej wyprodukowanej na JET plazmy. Od momentu powstania w 1983 roku tokamak JET inicjuje przełomowe osiągnięcia i próby odnalezienia bezpiecznych, niskoemisyjnych i zrównoważonych rozwiązań w zakresie energetyki termojądrowej, aby sprostać przyszłemu zapotrzebowaniu świata w energię.
W trakcie swojego istnienia JET dostarczył kluczowych informacji na temat złożonej mechaniki fuzji, umożliwiając naukowcom zaplanowanie międzynarodowego eksperymentu termojądrowego ITER i demonstracyjnej elektrowni termojądrowej DEMO projektowanej obecnie przez europejską społeczność zajmującą się syntezą jądrową.
Fuzja, proces zasilający gwiazdy takie jak nasze Słońce, zapewnia w dłuższej perspektywie niemal nieograniczone, czyste źródło energii elektrycznej przy użyciu niewielkich ilości paliwa, które można pozyskać na całym świecie z niedrogich materiałów. Proces fuzji łączy atomy lekkich pierwiastków, takich jak wodór, w wysokich temperaturach, tworząc hel i uwalniając ogromną energię w postaci ciepła. Fuzja jest z natury bezpieczna, ponieważ nie może rozpocząć niekontrolowanego procesu i nie powoduje powstania odpadów o długim procesie rozkładu.
Źródło: Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy, fot. UKAEA/ EUROfusion. Na zdjęciu wnętrze tokamaka JET z plazmą
