Stellarator kontra tokamak. Dwa podejścia do tej samej idei
Różnica między tymi typami reaktorów nie ogranicza się wyłącznie do nazwy. Tokamaki przypominają swoim kształtem bardziej zwartego, nowojorskiego bajgla, podczas gdy stellaratory można porównać do bardziej rozciągniętego krakowskiego obwarzanka. To nie tylko kwestia estetyki: odmienna geometria przekłada się na zupełnie inne podejście do utrzymania plazmy. Co ciekawe, stellaratory powstały wcześniej niż tokamaki, jednak przez długi czas uważano je za zbyt skomplikowane w kontrolowaniu. Przez dekady to tokamaki zdominowały badania nad fuzją, odsuwając swoje starsze rodzeństwo na drugi plan. Teraz niemiecki eksperyment wskazuje, że być może pora na rewizję tych założeń.
Czytaj też: Stworzyli superakumulator. Tak tanich i wydajnych magazynów energii jeszcze nie widzieliśmy
Podczas kampanii badawczej zakończonej 22 maja zespół z Instytutu Maxa Plancka w Greifswaldzie osiągnął coś, co wielu uważało za mało prawdopodobne. Wendelstein 7-X utrzymał rekordową wartość potrójnego iloczynu przez 43 sekundy, dorównując tym samym wynikom znacznie większego brytyjskiego tokamaka JET. Potrójny iloczyn to kluczowy parametr w badaniach nad fuzją, łączący temperaturę, gęstość plazmy oraz czas jej utrzymania. Im wyższa jego wartość, tym bliżej jesteśmy do samopodtrzymującej się reakcji. Co szczególnie imponujące, niemiecki stellarator osiągnął te same wyniki co JET, wykorzystując jedynie jedną trzecią ilości plazmy.
Nietypowe podejście do nagrzewania plazmy
Sukces niemieckiego reaktora w dużej mierze zawdzięcza się zastosowaniu zaawansowanej techniki grzewczej. Rezonans cyklotronowy jonów wykorzystuje fale radiowe do precyzyjnego kontrolowania cząstek w plazmie, co stanowi alternatywę dla tradycyjnych metod opartych na mikrofalach. To podejście wydaje się szczególnie dobrze współgrać ze specyficzną budową stellaratorów. Technologia ICRH pozwala na lepsze dostosowanie procesu grzania do nietypowej geometrii tych reaktorów, co może tłumaczyć ich rosnącą konkurencyjność. Żaden z istniejących reaktorów fuzji jądrowej nie osiągnął jeszcze dodatniego bilansu energetycznego. Oznacza to, iż wszystkie obecne instalacje – włączając W7-X i JET – wciąż zużywają więcej energii niż wytwarzają.
Czytaj też: Betonowa bateria MIT. Dziesięciokrotny wzrost mocy w magazynowaniu energii
Potrójny iloczyn to ważny wskaźnik postępu, lecz nie uwzględnia on pełnych kosztów energetycznych całego systemu. Od zasilania potężnych magnesów po skomplikowane systemy chłodzenia: prawdziwy przełom nastąpi dopiero wtedy, gdy reaktor wygeneruje więcej energii niż potrzebuje cała otaczająca go infrastruktura. Nie oznacza to jednak, że takie badania są bezcelowe. Każdy eksperyment przybliża nas do zrozumienia niezwykle skomplikowanych procesów zachodzących w plazmie rozgrzanej do temperatur sięgających setek milionów stopni Celsjusza. Sukces Wendelstein 7-X dowodzi, że w poszukiwaniu metody opanowania fuzji jądrowej warto eksplorować różne ścieżki. Stellaratory, dzięki swojej stabilniejszej konstrukcji magnetycznej, mogą okazać się wartościowym uzupełnieniem tokamaków. W świecie nauki rzadko zdarza się, by jedna technologia miała monopol na rozwiązanie tak złożonego problemu. Być może przyszłość fuzji jądrowej nie będzie należała wyłącznie do tokamaków ani stellaratorów, ale do mądrego połączenia najlepszych cech obu tych koncepcji.