Tokamaks zijn apparaten die worden gebruikt in combinatie met magnetische opsluiting. Bij deze reacties wordt een krachtig magnetisch veld gebruikt om het hete fusiebrandstofplasma in de reactorkern te beheersen en in bedwang te houden. Het plasma wordt verwarmd tot hoge temperaturen door neutrale bundelinjectie of radiofrequentieverwarming. Het belangrijkste doel is het handhaven van een stabiele plasmatoestand waarin fusiereacties continu kunnen plaatsvinden, wat een onbeperkte bron van energie oplevert.
Een recente studie door wetenschappers van Oakridge National Laboratory (ORNL), Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) en Tokamak Energy Ltd markeert een belangrijke doorbraak in het onderzoek naar fusie-energie. Het team bereikte temperaturen van bijna 100 miljoen graden Celsius, wat nodig is voor fusiecentrales om commerciële energie te produceren.
Bovendien bereikten ze hoge temperaturen in een compacte tokamak, wat nog nooit iemand had gedaan!
In deze studie concentreerden de wetenschappers zich op het verbeteren van de bedrijfsomstandigheden van een high-field sferische tokamak (ST) genaamd ST40. In vergelijking met andere thermonucleaire apparaten onderscheidt het ST40-apparaat zich door zijn kleinere formaat en bolvormig plasma.
Het team gebruikte een aanpak die vergelijkbaar was met die in de jaren negentig bij de TFTR-tokamak, die meer dan 1990 miljoen watt aan fusie-energie genereerde. De ST10 werkte in een ringvormig (donutvormig) magnetisch veld met een intensiteit net boven de 40 Tesla.
Om het plasma te verwarmen, gebruikte het team 1,8 miljoen watt hoogenergetische neutrale deeltjes. Hoewel de plasma-ontlading, of de periode waarin thermonucleaire reacties actief waren, slechts 0,15 seconden duurde, bereikte de temperatuur van de ionen in de kern meer dan 100 miljoen graden Celsius.
Om ionentemperaturen te meten, gebruikte het team de TRANSP-transportcode die is ontwikkeld bij PPPL. Deze code is nuttig omdat hij rekening houdt met de gemeten temperatuurprofielen van onzuiverheden en deuterium, de belangrijkste brandstof die wordt gebruikt in fusiereactoren.
Ze ontdekten dat het temperatuurbereik voor onzuiverheden hoger is dan 8,6 keV (ongeveer 100 miljoen graden Celsius), terwijl het temperatuurbereik voor deuterium dicht bij deze waarde ligt. Deze bevinding suggereert dat de verwarmingsmethode die in het experiment werd gebruikt, effectief was om de gewenste hoge temperaturen te bereiken.
De resultaten geven optimisme voor de toekomstige ontwikkeling van thermonucleaire energiecentrales op basis van compacte bolvormige tokamaks met een hoog veld. Deze vooruitgang zou kunnen leiden tot efficiëntere en economisch levensvatbare oplossingen op het gebied van fusie-energie, wat een veelbelovende weg biedt naar duurzame en schone energieproductie.
Lees ook: