Cientistas americanos introduziram um novo tipo de tokamak esférico

Experimento Nacional de Toro Esférico (NSTX-U) (Foto: PPPL Office)

O Laboratório de Física de Plasma da Universidade de Princeton está atualmente trabalhando em um novo projeto de reator de fusão. Os cientistas chamam seu reator de "uma estrela em um banco". Além disso, o design dos "bancos" é muito importante. A eficiência do reator depende de sua forma e de vários outros parâmetros.

Normalmente, o elemento central do tokamak é como um donut. O novo design do reator National Spherical Torus Experiment (NSTX-U) é mais como uma maçã. Até o momento, os tokamaks esféricos mais avançados do mundo são o NSTX-U nos EUA e o MAST no Reino Unido. Segundo os desenvolvedores, um tokamak esférico permite uma reação de fusão nuclear com custos de energia muito mais baixos do que no caso do tokamak tradicional.

O fato é que o tamanho do buraco no centro do tokamak, onde o plasma é formado e mantido em reatores termonucleares esféricos, pode ser metade do tamanho de um buraco semelhante em um reator convencional. Em um reator esférico, o plasma de alta pressão é formado em um campo magnético relativamente fraco, que requer muito menos energia para criar do que o necessário em um análogo padrão.

Tokamak (câmara toroidal com bobinas magnéticas) - instalação para confinamento de plasma magnético, a fim de alcançar as condições necessárias para o curso da fusão termonuclear controlada. O plasma em um tokamak não é mantido pelas paredes da câmaraque não são capazes de suportar a temperatura necessária para reações termonucleares e por um campo magnético combinado especialmente criado - um campo externo e poloidal toroidal de corrente que flui através do cordão plasmático. Comparado a outras instalações que usam um campo magnético para reter o plasma, o uso de corrente elétrica é a principal característica do tokamak. A corrente no plasma fornece aquecimento do plasma e manutenção do equilíbrio do cordão plasmático na câmara de vácuo. Este tokamak, em particular, difere do stellarator , que é um dos esquemas de contenção alternativos nos quais os campos toroidal e poloidal são criados usando bobinas magnéticas externas.


Fonte: econet.ru

Os cientistas publicaram informações sobre seu projeto em uma publicação científica oficialA Fusão via Nuclear . Até agora, dizem os especialistas, é muito cedo para falar sobre a criação de um reator de tamanho normal que possa ser usado para fins comerciais. Estes são apenas modelos de um reator de fusão real. Mas, nesse modelo, a primeira energia já pode ser obtida.

O NSTX-U testará materiais que são considerados adequados como elementos estruturais para um reator de fusão. É possível que em um reator de um novo design seja possível obter uma reação de fusão já auto-sustentável. O tokamak NSTX-U produzirá trítio, que também é combustível. Inicialmente, uma certa quantidade de combustível inicial (deutério ( ² H) e trítio ( ³⁾H)). Como os cientistas esperam, o reator será capaz de sintetizar um átomo do mesmo isótopo de hidrogênio para cada átomo de trítio consumido.

O design especial do tokamak fornecerá um campo magnético com uma configuração especial. Isso, por sua vez, evitará as consequências negativas da exposição a temperaturas muito altas no reator. Os vários elementos do tokamak podem ser removidos independentemente para manutenção ou reparo. O trabalho técnico será realizado usando robôs remotamente.

Os anéis supercondutores substituirão o cobre em um novo tipo de tokamak. Essa substituição terá efeitos positivos e negativos. Um ponto positivo é a redução nos custos de energia. Negativo - será necessária uma proteção adicional dos anéis supercondutores contra temperatura e radiação. Por isso, você precisará aumentar um pouco o tamanho da instalação. Graças aos novos condutores de alta temperatura, a densidade de corrente neles pode ser aumentada. Isso significa que a seção transversal dos ímãs de um tokamak esférico será reduzida. Na coluna central, será possível colocar um cobertor, responsável pela "reprodução" do trítio. Especialistas americanos dizem que agora o coeficiente de reprodução do trítio será levado para 1,04-1,1.


Tokamak comum em forma de rosca (ilustração: Wikimedia)

"O NSTX-U e o MAST-U ampliarão os horizontes atuais da física, fornecerão novas informações sobre o plasma de alta temperatura e aproximarão o tempo das instalações comerciais", diz o gerente de projeto Stewart Prager. Ele também afirma que no reator MAST, a produção de plasma de alta densidade e alta temperatura ocorrerá sem problemas e aspectos negativos para a própria instalação. Esses dois tokamaks são os protótipos da Fusion Nuclear Science Facility, que está planejada para ser construída em 15 anos.

“O principal motivo da busca por um novo design de tokamak é a esperança de uma reação de fusão nuclear com menos recursos do que com um tokamak padrão”, diz um dos participantes do projeto. Pode ser que os tokamaks esféricos sejam os precursores de instalações completas que darão à humanidade uma fonte inesgotável de energia. Talvez o momento em que a "estrela do banco" comece a dar energia à humanidade já esteja próximo.

Source: https://habr.com/ru/post/pt397057/