אטרקטיביות מפתיעה של מכשול לפיתוח אנרגיה בטוחה, נקייה ונטולת פחמן

קרדיט: CC0 Public Domain

מדענים גילו את ההשפעה המדהימה של היפוך שיטה סטנדרטית למלחמה במכשול מרכזי להפקת אנרגיית היתוך על פני כדור הארץ. תיאורטיקנים במעבדת הפיזיקה הפלזמה של פרינסטון (PPPL) של משרד האנרגיה האמריקאי (DOE) הציעו לעשות בדיוק את ההיפך מההליך שנקבע כדי לשפר בצורה חדה את התוצאות העתידיות.

קריעת חורים בפלזמה

הבעיה, המכונה “מצבי קריעה נעולים”, מתרחשת בכל הטוקמאקים של ימינו, מתקנים מגנטיים בצורת סופגניה שנועדו ליצור ולשלוט בכוח ההיתוך הבלתי מוגבל כמעט שמניע את השמש והכוכבים. המצבים שנגרמו מחוסר היציבות מסתובבים עם הפלזמה הטעונה החמה – המצב הרביעי של החומר המורכב מאלקטרונים חופשיים וגרעינים אטומיים המתדלקים תגובות היתוך – וחורי קריעה הנקראים איים בשדה המגנטי שמגביל את הגז, ומאפשרים דליפת חום מפתח. .

איים אלו גדלים כאשר המצבים מפסיקים להסתובב וננעלים במקומם, קצב גדילה המגביר את איבוד החום, מפחית את ביצועי הפלזמה ועלול לגרום לשיבושים המאפשרים לאנרגיה האצורה בפלזמה לפגוע ולפגוע בדפנות הפנימיות של הטוקמק. כדי למנוע סיכונים כאלה, חוקרים מקרינים כעת גלי מיקרוגל לתוך הפלזמה כדי לייצב את המצבים לפני שהם יכולים לנעול.

עם זאת, ממצאי ה-PPPL מצביעים על כך שחוקרים מייצבים את המצבים בטוקמאקים גדולים מהדור הבא לאחר שהם ננעלים. בטוקמקים של ימינו, “מצבים אלה ננעלים מהר יותר ממה שאנשים חשבו והופך להיות הרבה יותר קשה לייצב אותם בזמן שהם עדיין מסתובבים”, אמר ריצ’רד ניס, דוקטורנט בתוכנית פרינסטון לפיזיקת פלזמה ומחבר ראשי של היתוך גרעיני נייר המציג את הממצאים המפתיעים.

חיסרון נוסף, הוא הוסיף, הוא ש”גלי המיקרו האלה מגדילים את רוחבם על ידי שבירת הפלזמה, מה שהופך את ייצוב המצב בזמן שהוא מסתובב ליעילה עוד יותר כיום, והבעיה הזו החריפה יותר בשנים האחרונות”.

המלווה את הנושאים הללו היא העובדה שבטוקאמקים עתידיים גדולים כמו ITER, המתקן הבינלאומי בהקמה בדרום צרפת, “הפלזמה היא כל כך ענקית שהסיבוב הרבה יותר איטי והמצבים האלה ננעלים די מהר כשהם עדיין די קטנים “, אמר ניס. “אז זה יהיה הרבה יותר יעיל להחליף את חבילת הייצוב בטוקאמקים עתידיים גדולים ולתת להם קודם לנעול ואז לייצב אותם.”

היפוך זה עשוי להקל על תהליך ההיתוך, שמדענים ברחבי העולם מבקשים לשחזר. התהליך משלב אלמנטים קלים בצורה של פלזמה כדי לשחרר כמויות עצומות של אנרגיה. “זה מספק דרך אחרת להסתכל על דברים ויכולה להיות דרך יעילה הרבה יותר להתמודד עם הבעיה”, אמר אלן ריימן, עמית מחקר מכובד ומחבר שותף במאמר. “אנשים צריכים לקחת יותר ברצינות את האפשרות לאפשר לאיים להינעל”, אמר ריימן.

קרוב לשיבוש

סביר להניח שהטכניקה המומלצת לא תעבוד בטוקמקים של ימינו מכיוון שאיי מצב קריעה גדלים כל כך מהר והם כל כך גדולים כשהם ננעלים במתקנים אלה, עד שהפלזמה קרובה להפריע לאחר שהיא ננעלה. זו הסיבה שהחוקרים חייבים כעת להשתמש בכמויות גדולות של כוח כדי לייצב את המצבים במחיר של הגבלת תפוקת היתוך. לעומת זאת, הצמיחה האיטית של איים בטוקמקים מהדור הבא “מותירה דרך ארוכה לפני שתהיה הפרעה, כך שיש הרבה זמן לייצב את המצב”, אמר ניס.

ברגע שהמצבים בטוקמקים עתידיים יינעלו במקום, מיקרוגלים יכולים לכוון אותם ישירות במקום לייצב אותם רק כשהם מסתובבים מעבר לקרן המיקרוגל במתקנים הנוכחיים. “החישובים התיאורטיים האלה מראים את היעילות של מה שאנחנו מציעים”, ציין ניס.

מה שנדרש כעת הוא ניסויים כדי לבדוק את דרך הפעולה המוצעת, אמר. “לא היינו רוצים להפעיל את ITER ורק אז לגלות איזו אסטרטגיה עובדת. יש הזדמנות אמיתית לחקור את הפיזיקה שאנו מתייחסים אליה במכשירים הנוכחיים”.


קוד מחשב חדיש יכול לקדם מאמצים לרתום אנרגיית היתוך


עוד מידע:
Richard Nies et al, על ייצוב מצבי קריעה נעולים ב-ITER ובטוקאמקים גדולים אחרים, היתוך גרעיני (2022). DOI: 10.1088/1741-4326/ac79bd

צִיטָטָה: האטרקטיביות המפתיעה של המכשול לפיתוח אנרגיה בטוחה, נקייה ונטולת פחמן (2022, 19 באוגוסט) אוחזרה ב-19 באוגוסט 2022 מ-https://phys.org/news/2022-08-hurdle-safe-carbon-free-energy. html

מסמך זה כפוף לזכויות יוצרים. מלבד כל עסקה הוגנת למטרת מחקר או מחקר פרטי, אין לשכפל חלק ללא אישור בכתב. התוכן מסופק למטרות מידע בלבד.

Leave a Comment