Zanim jednak do tego dojdzie, potrzeba jeszcze kilku dużych przełomów naukowych. W najnowszym artykule naukowym opublikowanym w periodyku Nuclear Materials and Energy naukowcy z Laboratorium Fizyki Plazmy w Princeton wskazują, że osiągnięcie stabilnej fuzji jądrowej będzie znacznie łatwiejsze, gdy ściany wewnętrzne reaktora fuzyjnego, w którym utrzymywana jest plazma, będą pokryte warstwą ciekłego litu.
Naukowcy starający się uzyskać energię w procesie fuzji termojądrowej od lat pracują nad tokamakami, w których za pomocą pól magnetycznych utrzymuje się podgrzaną do niewiarygodnych temperatur plazmę (czwarty stan skupienia), w której zachodzą reakcje fuzji. O ile próg fuzji udało się już osiągnąć wielokrotnie, to jednak dochodziło do tego w eksperymentach, w których generowanie energii w procesie fuzji dawało się utrzymać przez niezwykle krótki czas. Problemem jest bowiem utrzymanie plazmy w ryzach i skuteczne izolowanie wnętrza reaktora od otoczenia. Oczywiście, gdyby dało się zapewnić lepszą izolację energetyczną, proces fuzji dawałoby się utrzymać znacznie dłużej, jednocześnie zmniejszając rozmiary i koszt budowy reaktorów.
Czytaj także: Fuzja jądrowa z gigantycznym skokiem. Produkują pięć razy więcej energii, niż wykorzystują
Podczas dorocznego spotkania Oddziału Fizyki Plazmy Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego badacze przedstawili wyniki eksperymentów prowadzonych na tokamaku litowym w wersji beta (LTX-β). Okazuje się bowiem, że wyłożenie wewnętrznej ściany tokamaka cienką powłoką ciekłego litu pomaga utrzymać temperaturę plazmy na jej zewnętrznych krawędziach.
Już we wcześniejszych eksperymentach prowadzonych za pomocą tokamaka LTX-β naukowcy zwrócili uwagę na korzyści płynące z wyłożenia ścian reaktora utrzymującego plazmę litem w stanie stałym. Aktualnie jednym z ważniejszych wyzwań stojących przed naukowcami pracującymi nad budową reaktorów fuzyjnych jest opracowanie jak najlepszych ścian urządzenia utrzymującego plazmę w ekstremalnie wysokich temperaturach.
LTX-β to sferyczny tokamak niewielkich rozmiarów. Nie zmienia to jednak faktu, że jak na razie jest to jedyne na świecie urządzenie tego typu zdolne do utrzymania plazmy za pomocą ścian pokrytych ciekłym litem. Wydajność tego urządzenia daje jednak nadzieję na przyszłość. Ściany pokryte ciekłym litem nie tylko wytrzymują kontakt z plazmą rozgrzaną do 2 milionów stopni, ale także poprawiają jej wydajność. W jaki sposób? Ciekły lit pochłania nawet 40 proc. jonów wodoru uciekających z plazmy. Im więcej takich jonów jest pochłanianych przez ściany, tym mniej wraca do plazmy. Czy to jednak coś zmienia? Tak. Otóż każdy taki jon powracający do plazmy, zderzając się z jej krawędzią, ochładza ją, przez co jej wydajność spada.
Czytaj także: Fuzja jądrowa milion razy efektywniejsza, prostsza i bardziej kompaktowa – brzmi jak bajka? Świat mówi: sprawdzam
Dotychczas, w reaktorach większość jonów wracała do plazmy, przez co jej zewnętrzne krawędzie były chłodniejsze niż rdzeń torusa plazmy. Jeżeli jednak uda się utrzymać jednakową temperaturę w rdzeniu i na zewnętrznych krawędziach, plazma będzie w stanie lepiej utrzymywać ciepło, bowiem nie będą występowały w niej żadne niestabilności.
Naukowcy przyznają jednocześnie, że wykorzystanie ścian pokrytych ciekłym litem w większych tokamakach będzie trudne i z pewnością nie będzie tanie. Dlatego właśnie reaktory takie, jak LTX-β stanowią doskonały sposób na wydajne i względnie tanie testowanie i dopracowywanie technologii. Z czasem naukowcy zaczną wykorzystywać tak uzyskaną wiedzę w pełnowymiarowych tokamakach, przybliżając nas do dnia, w którym energii już nigdy nikomu nie zabraknie.