Kas ir magnētiskā ieslodzījuma saplūšana?

Lai gan cilvēce ir izmantojusi skaldīšanas enerģiju — sadalot smagos kodolus — kodolenerģijai, veiksmīga kodolsintēzes enerģija mūs joprojām izvairās. Līdz šim katrs mēģinājums radīt kodolsintēzes enerģiju patērē vairāk enerģijas, nekā saražo. Magnētiskā norobežojuma saplūšana ir viena no divām populārām pieejām kodolsintēzei — otrs ir inerciālā norobežojuma saplūšana, kas ietver degvielas granulu bombardēšanu ar lieljaudas lāzeriem. Pašlaik katrā virzienā tiek īstenots viens vairāku miljardu dolāru projekts — Nacionālā aizdedzes iekārta Amerikas Savienotajās Valstīs īsteno inerciālās ieslodzījuma saplūšanu, un starptautiskais projekts Starptautiskais kodoltermiskais eksperimentālais reaktors īsteno magnētiskās ieslodzījuma saplūšanu.

Magnētiskās norobežojuma saplūšanas eksperimenti sākās 1951. gadā, kad fiziķis un astronoms Laimens Špicers uzbūvēja Stellerator — astoņas formas plazmas ieslodzījuma ierīci. Liels izrāviens notika 1968. gadā, kad Krievijas zinātnieki iepazīstināja sabiedrību ar tokamaka dizainu — toru, kas būs lielākajai daļai turpmāko magnētiskās norobežojuma saplūšanas ierīču. 1991. gadā bija vēl viens solis uz priekšu, Lielbritānijā uzbūvējot START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak), sferomaku jeb sfērisku tokamaku. Testēšana parādīja, ka šī ierīce ir aptuveni trīs reizes labāka nekā lielākā daļa tokamaku, ierosinot kodolsintēzes reakcijas, un sferomaki joprojām ir kodolsintēzes pētījumu izpētes joma.

Lai kodolsintēzes reakcijas būtu efektīvas, tokamaka reaktora centrs ir jāuzsilda līdz aptuveni 100 miljoniem Kelvinu. Tik augstās temperatūrās daļiņām ir milzīga kinētiskā enerģija un tās nepārtraukti cenšas izkļūt. Vienā kodolsintēzes pētījumā magnētiskās norobežojuma saplūšanas izaicinājums ir salīdzināts ar balona saspiešanas izaicinājumu — ja spēcīgi nospiežat vienu pusi, tas vienkārši izlec no otras puses. Magnētiskās norobežojuma saplūšanas gadījumā šī “izvirzīšana” izraisa augstas temperatūras daļiņu sadursmi ar reaktora sienu, nokasot metāla gabaliņus procesā, kas pazīstams kā “izsmidzināšana”. Šīs daļiņas absorbē enerģiju, pazeminot kopējo ierobežotās plazmas temperatūru un apgrūtina pareizās temperatūras sasniegšanu.

Ja kodolsintēzes enerģiju izdotos apgūt, tā varētu kļūt par nepārspējamu enerģijas avotu cilvēcei, taču pat visoptimistiskākie pētnieki negaida komerciālu elektroenerģijas ražošanu pirms 2030. gada.