Pierwszą plazmę w Wendelstein 7-X wytworzono w 2015 r.

Energia gwiazdy zamknięta w laboratorium. Przełom w badaniach stellaratora Wendelstein 7-X

Naukowcy od dawna pracują nad stworzeniem funkcjonalnego reaktora termojądrowego, który pozwoli wytworzyć ilości energii podobne do tych powstających w Słońcu. Jednym z takich urządzeń jest stellarator Wendelstein 7-X.

Wendelstein 7-X to eksperymentalny reaktor fuzji jądrowej, który może przybliżyć nas do czystej, nieograniczonej energii. Pierwsze uruchomienie nastąpiło w 2015 r., a teraz fizycy są coraz bliżej wytworzenia plazmy dwa razy gorętszej od jądra Słońca. Wyniki badań opublikowano w Nature.

Gorętszy niż jądro Słońca

Stellaratory to urządzenia (podobnie jak tokamaki) do wytwarzania plazmy i przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Nazwa stellarator pochodzi od łacińskiego słowa „stella”, czyli gwiazdy. Naukowcy dzięki urządzeniu chcą uzyskać warunki takie, jakie panują we wnętrzu gwiazd.

Plazma uzyskiwana jest w komorze urządzenia przypominającą kilkukrotnie skręconą wstęgę Möbiusa, a nie torusie (jak tokamaki). Wokół komory z wolframu znajduje się 70 nadprzewodzących cewek schładzanych ciekłym helem do temperatury bliskiej zera bezwzględnego – mają one różny kształt dostosowany do komory. Ich zadaniem jest wytworzenie pola magnetycznego niezbędnego do uzyskania plazmy.

Wendelstein 7-X jest tak skomplikowany, że do jego zaprojektowania potrzebne były superkomputery. W 2018 r. naukowcy wytworzyli w stellaratorze plazmę o temperaturze 20 mln oC, co znacznie przekracza temperaturę jądra Słońca sięgającą ok. 15 mln oC. Ciekawe jest jednak to, że Wendelstein 7-X może wytwarzać jeszcze gorętszą plazmę.

To dopiero początek

Budując Wendelstein 7-X chcieli, by ich urządzenie było odporne na jedną z największych wad klasycznych tokamaków, czyli straty ciepła znane jako transport neoklasyczny. Dochodzi do niego, gdy zderzenia między czastkami wybijają niektóre z nich z orbit i powodują dryf na zewnątrz pola magnetycznego. Komora Wendelstein 7-X została tak zaprojektowana, by zapobiegać tego typu stratom.

Wnętrze stellaratora Wendelstein 7-X

Naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy Maxa Plancka i Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton (PPPL) przeprowadzili nową, szczegółową analizę eksperymentów przeprowadzonych na stellaratorze. Skupiła się ona na danych diagnostycznych zebranych przez spektrometr kryształów obrazowania rentgenowskiego i wykazała gwałtowne zmniejszenie transportu neoklasycznego. Wykazano, że wysokie temperatury nie mogły zostać osiągnięte w inny sposób.

Pokazało to, że zoptymalizowany kształt W7-X zmniejszył transport neoklasyczny i był niezbędny do uzyskania wydajności zaobserwowanej w eksperymentach z W7-X. To pokazuje, jak ważna była to optymalizacja.

Novimir Pablant, fizyk PPPL

Według naukowców, Wendelstein 7-X jest w stanie uzyskiwać i utrzymywać jeszcze gorętszą plazmę. Dalsze eksperymenty są planowane na 2022 r. i obejmują m.in. wdrożenie nowego projektu chłodzenia wodą, który pozwoli na wytwarzanie plazmy o jeszcze większej żywotności.