Prywatna firma – Tri Alpha Energy ogłosiła że jest w stanie stworzyć małą kulkę z gazu o temperaturze 10 milionów stopni Celsiusza i utrzymać ją w tym stanie przez 5 milisekund. Co więcej te 5 ms było ograniczone wyłącznie ilością energii jaką urządzenie miało – teoretycznie możliwe jest utrzymywanie plazmy przez znacznie dłuższy czas.
Firma idzie w zupełnie innym kierunku niż wszyscy – zamiast zgniatać gaz za pomocą laserów (co próbuje zrobić NIF – National Ignition Facility), lub utrzymywać go w torusie (ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor), firma stosuje zupełnie inne rozwiązanie – ruchy plazmy produkują pole magnetyczne które samo ją ściska. Nazywa się to FRC (field-reversed configuration) i teoretycznie jest bardzo proste – zasada jest bardzo podobna do kółek z dymu papierosowego. Idea jest znana od lat 60’tych, jednak jak do tej pory nie udało się stworzyć systemu który byłby w stanie utrzymać stabilne kółka z plazmy. Jednak firmie udało się znaleźć rozwiązanie. Dwa kółka z plazmy tworzone są na przeciwległych końcach 23 metrowej tuby a następnie rozpędzane do prędkości miliona kilometrów na godzinę. Po ich zderzeniu powstaje kółko z plazmy o temperaturze 10 milionów stopni Celsiusza, które można utrzymywać w tym stanie przez dłuższy czas odpowiednio modulując zewnętrzne pole magnetyczne.
Firma planuje budowę większego prototypu (obecny ma „tylko” 10MW) i uzyskanie większych temperatur i dłuższych czasów życia plazmy. A wszystko w celu stworzenia termojądrowego reaktora który „spalał” by wodór z borem. Tak – wodór z borem a nie deuter z trytem jak to inni planują. Dlaczego? Powody są dwa:
- przede wszystkim dostępność – bor i wodór są dostępne w dużych ilościach na Ziemi w odróżnieniu od trytu, który trzeba wytwarzać w konwencjonalnych reaktorach atomowych.
- drugą zaletą jest sposób w jaki wydziela się energia – w przypadku reakcji deuteru i trytu produkowane są szybkie neutrony. Ich zderzenia z obudową urządzenia zamieniają się w ciepło, ale przy okazji powodują one wiele problemów – materiały stosowane na obudowę będą stawały się kruche i silnie radioaktywne. W przypadku reakcji wodoru z borem, w jej wyniku powstają trzy cząsteczki alfa. A te można łatwo zatrzymać w cienkiej warstwie pokrywającej obudowę co znacząco zmniejsza problem radioaktywności.
Niestety „spalanie” wodoru z borem ma także sporo wad – pierwszą jest wymagana temperatura – trzy miliardy stopni Celsiusza. Oznacza to że żeby rozpocząć reakcję, trzeba włożyć 30 razy więcej energii niż w przypadku mieszaniny deuteru i trytu. A drugą jest ilość produkowanej energii – około 2 razy mniej na każdą cząsteczkę jaka się łączy. Dlatego sceptycy uważają że firmie nie uda się osiągnąć dodatniego bilansu energii.
Edycja – poduczyłem się trochę i oto kilka dodatkowych informacji:
- największą zaletą tego że zamiast neutronów produkowane są cząstki alfa jest to że można dokonać bezpośredniej zamiany promieniowania na energię elektryczną, bez bawienia się w parę, turbiny itp. Nazywa się to „bezpośrednia konwersja energii” i można to osiągnąć na wiele sposobów – łapiąc jony, korzystając z efektu fotoelektrycznego itp. Zaletą jest wysoka efektywność – w niektórych przypadkach nawet 90%.
- reakcja wodoru z borem nie jest taka czysta jak by się wydawało, a wszystko z dwóch powodów – po pierwsze jedna z wyprodukowanych cząsteczek alfa może uderzyć w jądro boru i zmienić go w azot 14 i wysokoenergetyczny neutron. Po drugie od czasu do czasu zderzenie boru z jądrem wodoru zamiast spowodować rozpadnięcie się wszystkiego na 3 cząstki alfa, powoduje powstanie silnie radioaktywnego węgla 11 + neutronu. Ten ostatni nie ma już tak dużej energii jak w poprzednim przypadku, ale nadal jest kłopotliwy
- wodór użyty do reakcji musi być czysty – domieszka deuteru powoduje że zamiast cząstek alfa powstaje węgiel 12 i wysokoenergetyczne neutrony. Do tego deuter dokonuje fuzji ze sobą produkując hel 3 i też wysokoenergetyczne neutrony.
Wszystko to powoduje że taki reaktor też trzeba będzie ekranować – najlepiej wodą (by spowolnić neutrony), borem (by je złapać) i metalem (by zatrzymać promieniowanie Rentgena). Występował będzie także problem kruchości materiałów po długotrwałym naświetlaniu ich wysokoenergetycznymi neutronami, ale na znacznie mniejszą skalę.
