Wendelstein 7-X: Η μεγαλύτερη ελπίδα για ενέργεια πυρηνικής σύντηξης μέχρι σήμερα

Ο πειραματικός αντιδραστήρας πυρηνικής σύντηξης Wendelstein 7-X είναι ένα αξιοθαύμαστο δημιούργημα. Ο δρόμος προς την ενέργεια της πυρηνικής σύντηξης μέσω μαγνητικού περιορισμού δεν ανοίγεται μόνο από τους αντιδραστήρες tokamak. Ο ITER είναι το πιο φιλόδοξο πείραμα του είδους του, αλλά στην Ευρώπη διαθέτουμε έναν εξαιρετικά υποσχόμενο αντιδραστήρα πυρηνικής σύντηξης τύπου stellarator: τον Wendelstein 7-X. Στεγάζεται σε ένα από τα κτίρια του Ινστιτούτου Max Planck για τη Φυσική του Πλάσματος στο Greifswald της Γερμανίας και ολοκληρώθηκε το 2015.

Σκοπός του είναι να συμβάλει στην ανάπτυξη των τεχνολογιών που εμπλέκονται στην ανάπτυξη αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης που χρησιμοποιούν μαγνητικό περιορισμό, αλλά ο τύπος του είναι διαφορετικός από αυτόν που προτείνεται από το ITER και το JET. Η πιο προφανής διαφορά μεταξύ των αντιδραστήρων tokamak και stellarator έγκειται στη γεωμετρία τους. Οι πρώτοι έχουν σχήμα τοροειδούς, ενώ οι δεύτεροι έχουν μια πιο σύνθετη γεωμετρία που μοιάζει με ντόνατ που συστρέφεται στον εαυτό του.

Ωστόσο, η θεμελιώδης διαφορά μεταξύ αυτών των δύο σχεδίων είναι ότι οι αντιδραστήρες tokamak απαιτούν τα μαγνητικά πεδία που περιορίζουν το πλάσμα να παράγονται από πηνία και να επάγονται από το ίδιο το πλάσμα, ενώ στους αντιδραστήρες stellarator όλα γίνονται με πηνία χωρίς να υπάρχει ρεύμα μέσα στο πλάσμα. Αυτό τελικά σημαίνει ότι οι τελευταίοι είναι πιο πολύπλοκοι και δύσκολοι στην κατασκευή. Παρόλα αυτά, ο Wendelstein 7-X σημειώνει σταθερή και σημαντική πρόοδο.

Οι πρώτες δοκιμές που πραγματοποιήθηκαν σε αυτόν τον αντιδραστήρα σύντηξης μεταξύ του 2015 και του 2018 πήγαν σύμφωνα με τον προγραμματισμό, οπότε τον Νοέμβριο του τρέχοντος έτους έφτασε μια σημαντική στιγμή στο δρομολόγιο του: ήταν απαραίτητο να τροποποιηθεί για να εγκατασταθεί ένα σύστημα ψύξης με νερό ικανό να απομακρύνει αποτελεσματικότερα την εναπομένουσα θερμική ενέργεια από τα τοιχώματα του θαλάμου κενού, καθώς και ένα σύστημα που θα επέτρεπε στο πλάσμα να φτάσει σε υψηλότερη θερμοκρασία. Οι εργασίες που απαιτούσαν αυτές τις τροποποιήσεις ολοκληρώθηκαν με επιτυχία τον Αύγουστο του 2022.

Όταν οι επιστήμονες κάνουν τόσο σημαντικές τροποποιήσεις σε ένα τόσο πολύπλοκο πείραμα, αναγκάζονται να ελέγχουν εμμονικά τα πάντα πριν από την επανεκκίνηση του μηχανήματος, ώστε να βεβαιωθούν ότι όλα θα πάνε όπως έχουν προγραμματιστεί. Ευτυχώς, όλα πήγαν καλά και τον Φεβρουάριο του 2023, ο αντιδραστήρας Wendelstein 7-X έφτασε σε ένα σημαντικό ορόσημο: κατάφερε να περιορίσει και να σταθεροποιήσει το πλάσμα για 8 αδιάλειπτα λεπτά, κατά τη διάρκεια των οποίων ο αντιδραστήρας απέδωσε συνολική ενέργεια 1,3 gigajoules. Αλλά αυτό δεν είναι αρκετό. Τώρα ήρθε η ώρα να υποβληθεί η μηχανή αυτή σε μια νέα φάση συντήρησης και ανακαίνισης με στόχο να προχωρήσει ακόμη περισσότερο.

Ένα χρόνο αργότερα, ο αντιδραστήρας είναι και πάλι έτοιμος να πραγματοποιήσει νέα πειράματα, και έχει πλέον σημαντικές βελτιώσεις. Οι τεχνικοί που τον επεξεργάζονται τους τελευταίους μήνες βελτιστοποίησαν τα συστήματα ελέγχου και συλλογής δεδομένων, βελτίωσαν το σύστημα θέρμανσης πλάσματος και εφάρμοσαν σχεδόν 50 πρόσθετες διαγνωστικές δοκιμές.

Από όλες αυτές τις βελτιώσεις, η πιο σημαντική είναι το σύστημα θέρμανσης, το οποίο είναι πλέον ικανό να παράγει πάνω από 1 megawatt ισχύος στο πλάσμα χάρη στην εφαρμογή μικροκυμάτων. Η τεχνολογία αυτή είναι γνωστή ως Electron Cyclotron Resonance Heating (ECRH).

Σε κάθε περίπτωση, το πιο ενδιαφέρον είναι να μάθουμε τι πειράματα έχουν σχεδιάσει οι επιστήμονες που λειτουργούν τον αντιδραστήρα Wendelstein 7-X για τη νέα εκστρατεία που ξεκίνησε στις 10 Σεπτεμβρίου 2024. Κύριος στόχος της είναι η σταδιακή αύξηση της θερμοκρασίας του πλάσματος. «Προσεγγίζουμε σταδιακά υψηλότερες θερμαντικές ικανότητες», λέει ο καθηγητής Thomas Klinger, διευθυντής του Ινστιτούτου Max Planck για τη Φυσική του Πλάσματος. «Από τη μία πλευρά, θέλουμε να δοκιμάσουμε διεξοδικά τα όρια θερμικής επιβάρυνσης των τοιχωμάτων άνθρακα του W7-X. Από την άλλη πλευρά, θέλουμε επίσης να κατανοήσουμε καλύτερα τις ελεγχόμενες από τις αναταράξεις διαδικασίες μεταφοράς στο πλάσμα καθώς και τους μηχανισμούς εξάντλησης της θερμότητας».

Η επόμενη φάση συντήρησης και ανακαίνισης θα διαρκέσει από τον Ιούνιο του 2025 έως τον Αύγουστο του 2026, ενώ η επόμενη πειραματική εκστρατεία θα ξεκινήσει τον Αύγουστο του 2026 και θα διαρκέσει σχεδόν αδιάλειπτα έως τον Μάιο του 2027.

[via]