No último dia de operação, o tokamak do MIT estabeleceu um novo recorde mundial de pressão plasmática

Cientistas e engenheiros do Instituto de Tecnologia de Massachusetts quebraram seu próprio recorde mundial de pressão de plasma, um componente-chave para gerar energia a partir da fusão em um tokamak. O reator nuclear Alcator C-Mod alcançou um resultado de 2,05 atmosferas, que é 15% superior ao anterior.

O experimento foi realizado no último dia de operação do Alcator C-Mod - 23 de setembro de 2016. O financiamento do projeto foi concluído . O reator Alcator C-Mod está em operação no MIT há 23 anos e, durante esse período, estabeleceu repetidamente um recorde de pressão plasmática em um tokamak. A anterior em 1,77 atmosferas foi criada em 2005.

O C-mod é o único reator de fusão termonuclear compacto do mundo que pode criar um campo magnético ao induzir 8 Tesla - 160 mil vezes mais forte que o campo magnético da Terra. Permite criar um plasma quente e denso, que pode ser estável a temperaturas acima de 80 milhões de graus Celsius.

Para alcançar um efeito recorde, os pesquisadores do MIT criaram um campo magnético de 5,7 Tesla. Isso foi suficiente para aquecer o plasma a 35 milhões de graus Celsius - uma temperatura duas vezes a temperatura do núcleo solar. Foram necessários 4 megawatts de energia para aquecer o plasma. Durante o experimento, 300 trilhões de reações de síntese por segundo ocorreram no plasma.

"Este resultado confirma que a alta pressão necessária para queimar plasma é melhor alcançada com tokamaks de alto campo magnético, como o C-Mod Alcator", disse Riccardo Betty, professor do Departamento de Engenharia Mecânica e Astronomia da Universidade de Rochester. Além dos físicos do MIT, cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, do Laboratório Nacional de Oak Ridge e da General Atomics participaram da organização do experimento.

“Essa é uma conquista notável que destaca o altamente bem-sucedido programa Alcator C-Mod do Massachusetts Institute of Technology. A pressão plasmática recorde está se aproximando da energia prática da fusão ”, disse Dale Mead , ex-diretor adjunto do Laboratório de Física de Plasma de Princeton, que não estava diretamente envolvido no experimento.


Para que uma reação de fusão termonuclear prossiga com sucesso na Terra, você precisa aprender como manter o plasma quente (acima de 50 milhões de graus) em um tokamak em um estado estável sob alta pressão em um determinado volume.O poder de produção aumenta na proporção do quadrado da pressão - portanto, dobrar leva a um aumento de quatro vezes na produção de energia. É por isso que, até agora, os cientistas do Instituto de Tecnologia de Massachusetts têm prestado atenção especial a essa variável. O tokamak deles lidera em termos de pressão, e pouca atenção é dada a outras duas variáveis ​​- volume e temperatura. Os funcionários do MIT estão confiantes de que, se cientistas de todo o mundo puderem resolver o problema de pressão, será possível dizer que 2/3 do caminho para obter uma fonte de energia termonuclear já foi abordada.



A fusão termonuclear é o mesmo processo que ocorre nas entranhas do sol. De fato, a estrela é um reator termonuclear natural. A energia liberada durante a síntese é suficiente para emitir poderosos fluxos de luz e partículas. Se na Terra for possível reproduzir as condições sob as quais dois núcleos atômicos leves podem se unir em um núcleo mais pesado, superando forças repulsivas, a longo prazo, a humanidade poderá substituir as usinas nucleares tradicionais. Esta solução tem muitas vantagens. Os principais componentes do combustível - deutério e trítio - são extraídos da água e do lítio. O deutério nos durará milhões de anos, o lítio por várias centenas de anos. Além disso, as usinas de energia serão mais seguras. A densidade do combustível no espaço de reação será muito baixa: dentro de 1 grama de combustível de deutério / trítio por 1.000 metros cúbicos.Qualquer falha resfriará o plasma e interromperá a reação, e o deutério, o lítio e o hélio obtidos durante a reação não são radioativos. Somente o trítio é um perigo, mas sua meia-vida é de apenas 12,6 anos. Ele será produzido e usado em um reator nuclear, de modo que o projeto das usinas nucleares será projetado de forma a evitar sua liberação. E, finalmente, nas usinas de energia do futuro, a energia será gerada sem combustível nuclear usado. É por isso que cientistas de todo o mundo estão fazendo tanto esforço para alcançar a meta, apesar de isso levar até uma dúzia de anos.Ele será produzido e usado em um reator nuclear, de modo que o projeto das usinas nucleares será projetado de forma a evitar sua liberação. E, finalmente, nas usinas de energia do futuro, a energia será gerada sem combustível nuclear usado. É por isso que cientistas de todo o mundo estão fazendo tanto esforço para alcançar a meta, apesar de isso levar até uma dúzia de anos.Ele será produzido e usado em um reator nuclear, de modo que o projeto das usinas nucleares será projetado de forma a evitar sua liberação. E, finalmente, nas usinas de energia do futuro, a energia será gerada sem combustível nuclear usado. É por isso que cientistas de todo o mundo estão fazendo tanto esforço para alcançar a meta, apesar de isso levar até uma dúzia de anos.

Hoje, o principal obstáculo é o fato de que os reatores consomem mais energia do que criam. Durante a rotação do plasma quente, ocorrem flashes curtos, que os tokamaks não conseguem suportar por muito tempo. 6 minutos e 30 segundos é o recorde que o tokamak francês conseguiu estabelecer em 2003. Idealmente, você precisa criar um reator que possa produzir um plasma auto-sustentável. Portanto, 35 países, incluindo Rússia, EUA, China e União Européia, estão agora investindo na construção do reator ITER na França, o que deve resolver esse problema. O governo dos EUA, também interessado em construção, decidiu abandonar o financiamento do Alcator C-Mod em favor do ITER. Na implementação deste projeto, de fato, são utilizadas as realizações mais importantes e significativas, que foram alcançadas nos projetos e materiais do C-Mod.



Agora, a equipe de fusão nuclear do MIT tentará usar novos supercondutores de alta temperatura que possam produzir campos magnéticos mais fortes sem aquecimento e consumo de eletricidade. Esses supercondutores devem se tornar a base do projeto do reator Affordable Robust Compact , com capacidade de 270 megawatts. Estima-se que o ARC possa produzir a mesma quantidade de energia que o ITER, mas terá metade do tamanho.

Source: https://habr.com/ru/post/pt398453/