Το ξέρατε ότι το λίθιο μπορεί να φανεί πολύ σημαντικό στην πυρηνική σύντηξη; Το ασημί αυτό μέταλλο που τροφοδοτεί τα κινητά τηλέφωνα και βοηθά ακόμα και στη θεραπεία διπολικών διαταραχών, θα μπορούσε επίσης να διαδραματίσει σημαντικό ρόλο στην παγκόσμια προσπάθεια να παράγουμε στη Γη ασφαλή, καθαρή και σχεδόν απεριόριστη ενέργεια από σύντηξη, την πυρηνική αντίδραση που τροφοδοτεί τον ήλιο και τα υπόλοιπα αστέρια. O Τζον Γκρένουολντ και ο Τζέισον Έλις, σε άρθρο τους εξηγούν την αξία του λιθίου με βάση τις παρατηρήσεις από την αναβάθμιση ενός πειραματικού αντιδραστήρα τόκαμακ, του Lithium Tokamak Experiment-Beta (LTX-β) στο εργαστήριο Φυσικής Πλάσματος του Princeton (PPPL) του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ.
Το LTX-β είναι μια μικρότερη έκδοση των κανονικών εγκαταστάσεων μαγνητικού τόκαμακ (αντιδραστήρων σύντηξης σε σχήμα ντόνατ) που αναπτύσσονται σε διάφορα projects με στόχο να παράγουν ενέργεια από σύντηξη. Τα πρώτα αποτελέσματα του αναβαθμισμένου LTX-β είναι ενθαρρυντικά μια και οι βελτιώσεις λειτουργούν όπως είχαν σχεδιαστεί και φαίνεται να βελτιώνουν την απόδοση του ζεστού, φορτισμένου πλάσματος το οποίο θα τροφοδοτήσει μελλοντικούς αντιδραστήρες σύντηξης.
Σχετικά με την σύντηξη
Οι αντιδράσεις σύντηξης συνδυάζουν φωτεινά στοιχεία με τη μορφή πλάσματος - την κατάσταση της ύλης που αποτελείται από ελεύθερα ηλεκτρόνια και ατομικούς πυρήνες που αποτελούν το 99% του ορατού σύμπαντος - για την απελευθέρωση τεράστιων ποσοτήτων ενέργειας. Οι φυσικοί σε όλο τον κόσμο επιδιώκουν να αντιγράψουν και να ελέγξουν τις αντιδράσεις σύντηξης για να δημιουργήσουν «απεριόριστη» ασφαλή, χωρίς άνθρακα, ισχύ για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Η τριετής αναβάθμιση του αντιδραστήρα LTX-β τον μετέτρεψε σε μια πιο αποδοτική συσκευή που θα ελέγξει το πόσο καλά η επικάλυψη όλων των τοιχωμάτων του τόκαμακ με υγρό λίθιο, μπορεί να βελτιώσει τον περιορισμό και να αυξήσει τη θερμοκρασία του πλάσματος. “Πετύχαμε πολλούς από τους αρχικούς μας μηχανικούς στόχους", δήλωσε ο φυσικός Ντρου Έλλιοττ του Εθνικού εργαστηρίου Oak Ridge και μεγάλος συνεργάτης του LTX-β.
Στόχοι και αποτελέσματα του LTX-β
"Οι στόχοι της αναβάθμισης είναι να καθοριστεί εάν τα πολύ χαμηλά τοιχώματα λιθίου μπορούν να βελτιώσουν τον περιορισμό πλάσματος σε ένα τόκαμακ με ουδέτερη θέρμανση δέσμης. Εάν το LTX-β είναι επιτυχές, μπορούμε να προχωρήσουμε σε πειράματα υγρού λιθίου στο National Spherical Torus Experiment-Upgrade (NSTX-U), το κορυφαίο πείραμα σύντηξης στο PPPL", εξηγεί ο Dick Majeski, κύριος ερευνητής του LTX-β.
Τα βασικά χαρακτηριστικά του νέου LTX-β, είναι ένας ισχυρός εγχυτήρας ουδέτερης δέσμης που θερμαίνει και τροφοδοτεί το πλάσμα και ένα διπλό σύστημα εξάτμισης για πλήρη επικάλυψη υγρού λιθίου σε όλες τις επιφάνειες που «βλέπουν» στο πλάσμα. “Προσπαθούμε να αυξήσουμε την εναπόθεση ισχύος στο 100%, έτσι ώστε όλη η ισχύς που εγχύνουμε να πηγαίνει στο πλάσμα”, δήλωσε ο Έλλιοττ, ο οποίος ηγήθηκε της βελτιστοποίησης της ουδέτερης δέσμης, η οποία βασίζεται σε τεχνολογία που αναπτύχθηκε τη δεκαετία του 1970.
Οι βελτιώσεις στοχεύουν να ελέγξουν εάν το LTX-β μπορεί να βελτιώσει την απόδοση του πλάσματος με θερμοκρασίες που παραμένουν σταθερές από τον θερμό πυρήνα του πλάσματος έως το κανονικά δροσερό εξωτερικό άκρο. Τέτοια προφίλ θερμοκρασίας προέρχονται από την ικανότητα του λιθίου να συγκρατεί σωματίδια που διαρρέουν από τον πυρήνα του πλάσματος και να τα εμποδίζουν να ανακυκλώνουν και να δροσίζουν την άκρη και τον πυρήνα του πλάσματος. Η διατήρηση θερμής άκρης επεκτείνει τον όγκο του πλάσματος που είναι διαθέσιμο για σύντηξη και η παραγωγή επίπεδης θερμοκρασίας αποτρέπει τις αστάθειες που μειώνουν τον περιορισμό του πλάσματος από την ανάπτυξη.
Το αναβαθμισμένο LTX-β έδειξε βελτιώσεις όπως:
- Αυξημένη τροφοδοσία και πυκνότητα του πλάσματος, κύριοι στόχοι του εγχυτήρα ουδέτερης δέσμης.
- Αυξημένη εναπόθεση υγρού λιθίου σε περισσότερο από 90% των εσωτερικών τοιχωμάτων του LTX-β.
- Μεγαλύτερες εκκενώσεις πλάσματος ή παλμούς, που ενεργοποιούνται από το ενισχυμένο μαγνητικό πεδίο και
- Υψηλότερο ρεύμα πλάσματος - ένα κρίσιμο στοιχείο που προκαλεί την περιστροφή του μαγνητικού πεδίου, το οποίο είναι απαραίτητο για τον περιορισμό του πλάσματος.
Επίσης, στην αναβάθμιση εγκαθίστανται νέα διαγνωστικά πλάσματος για τον έλεγχο λειτουργίας της εγκατάστασης. Η προσθήκη της ουδέτερης δέσμης αυξάνει την ισχύ εισόδου στο πλάσμα κατά μια τάξη μεγέθους και έχει τη δυνατότητα δημιουργίας ενός συστήματος πλάσματος που σχετίζεται με τη σύντηξη με βελτιωμένη απόδοση", δήλωσε ο Phil Efthimion, επικεφαλής του Τμήματος Επιστήμης & Τεχνολογίας Πλασμάτων της PPPL που περιλαμβάνει το LTX-β.