Kaj je Magnetic Confinement Fusion?

Fuzija z magnetnim zaprtjem je pristop k jedrski fuziji, ki vključuje suspendiranje plazme (ioniziranega plina) v magnetnem polju in zvišanje njene temperature in tlaka na velike ravni. Jedrska fuzija je vrsta jedrske energije, ki nastane, ko se lahka atomska jedra – vodik, devterij, tritij ali helij – zlijejo skupaj pri velikih temperaturah in tlakih. Vsa sončna svetloba in toplota izhajata iz reakcij jedrske fuzije, ki potekajo v njegovem jedru. Zaradi tega lahko Sonce sploh obstaja – zunanji pritisk fuzijskih reakcij uravnoteži nagnjenost k gravitacijskemu kolapsu.

Čeprav je človeštvo izkoristilo cepitveno energijo – razbijanje težkih jeder – za jedrsko energijo, se nam uspešna fuzijska moč še vedno izmika. Doslej vsak poskus ustvarjanja fuzijske energije porabi več energije, kot jo proizvede. Fuzija z magnetnim zaprtjem je eden od dveh priljubljenih pristopov k jedrski fuziji – drugi je inercialna zaprta fuzija, ki vključuje bombardiranje gorivne pelete z visoko zmogljivimi laserji. Trenutno obstaja en projekt, vreden več milijard dolarjev, ki sledi vsaki poti – National Ignition Facility v Združenih državah si prizadeva za inercialno zaprtje fuzije, mednarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor pa zasleduje fuzijo z magnetnim zaprtjem.

Eksperimenti v fuziji magnetnega zaprtja so se začeli leta 1951, ko je Lyman Spitzer, fizik in astronom, zgradil Stellerator, napravo za zadrževanje plazme v obliki osem. Velik preboj se je zgodil leta 1968, ko so ruski znanstveniki javnosti predstavili zasnovo tokamaka, torusa, ki bo zasnova večine prihodnjih naprav za magnetno zaprtje. Leta 1991 je bil v Združenem kraljestvu narejen še en korak naprej z izgradnjo START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak), sferomaka ali sferičnega tokamaka. Preizkušanje je pokazalo, da je ta naprava približno trikrat boljša od večine tokamakov pri sprožitvi fuzijskih reakcij, sferomaki pa so še vedno področje raziskav fuzije.

Da bi bile fuzijske reakcije učinkovite, je treba središče tokamak reaktorja segreti na temperaturo okoli 100 milijonov Kelvinov. Pri tako visokih temperaturah imajo delci ogromno kinetično energijo in nenehno poskušajo pobegniti. Ena raziskava fuzije primerja izziv fuzije z magnetnim zaprtjem s stiskanjem balona – če močno pritisnete na eno stran, le-ta izskoči na drugi. Pri fuziji z magnetnim zaprtjem ta “izskok” povzroči, da visokotemperaturni delci trčijo ob steno reaktorja in strgajo koščke kovine v procesu, znanem kot “razprševanje”. Ti delci absorbirajo energijo, znižujejo skupno temperaturo zaprte plazme in otežujejo doseganje prave temperature.

Če bi fuzijsko moč obvladali, bi lahko postala vir energije brez primere za človeštvo, a tudi najbolj optimistični raziskovalci ne pričakujejo komercialne proizvodnje električne energije pred letom 2030.