Tehokas uusi teräksestä{0}}rakennettu tokamak-reaktori tähtää vihdoinkin fuusiovoiman-sähköntuotannon pyhän maljaan.
Syvällä Ranskan Provencen alueella, joka on valittu suotuisten geologisten, hydrologisten ja seismisten olosuhteiden sekä veden ja sähkön saatavuuden vuoksi, sijaitsee laaja 180 hehtaarin laitos, jossa sijaitsee kansainvälinen lämpöydinkoereaktori (ITER).
Perinteiset voimalaitokset muuttavat fossiilisten polttoaineiden poltosta tai ydinfissiosta syntyvän lämmön höyryksi, jota sitten käytetään pyörittämään turbiineja, jotka muuttavat mekaanista energiaa sähköksi. Molemmat menetelmät ovat luotettavia voimanlähteitä, mutta niillä on ympäristövaikutuksia päästöjen tai radioaktiivisen jätteen kautta.
Mutta entä jos tämä lämpö voitaisiin tuottaa ilman vahingollisia sivutuotteita? Tämä on unelma fuusiovoimasta, jatkuvasta kokeilusta valtavien energiamäärien tuottamiseksi atomifuusion avulla.
Identtinen aurinkoamme saavien prosessien kanssa, fuusio tapahtuu, kun kaksi vetyatomia törmäävät yhteen ja sulautuvat yhdeksi heliumatomiksi. Tämä tuottaa valtavia määriä energiaa tuottamatta radioaktiivisia fissiotuotteita.
Tämän prosessin luominen on vakava insinöörihaaste, koska reaktiot on ohjattava tarkasti tilassa, jossa syntyy valtavia määriä energiaa.
Teräksisessä{0}}häkissä olevan tähden voima
ITER-laitoksessa on käynnissä maailman suurimman tokamak-reaktorin rakentaminen. Tämän 1960-luvulla kehitetyn Neuvostoliiton malliin perustuvan kokeellisen koneen ytimenä on toruksen muotoinen tyhjiökammio.
Tyhjiökammio painaa 5 200 tonnia ja tilavuudeltaan 1 400 m³, ja se on ylivoimaisesti suurin laatuaan, joten sitä käyttävien fyysikkojen on helpompi hallita reaktioita, joita tarvitaan elinkelpoisen fuusiovoiman tuottamiseen.
ITERin kokeet tapahtuvat tässä teräksestä rakennetussa{0}}tyhjiöastiassa, joka sisältää fuusioreaktiot ja on hermeettisesti suljettu ja toimii ensisijaisena suojana. Täällä vetypolttoaine altistetaan valtavalle kuumuudelle ja paineelle, mikä muuttaa sen kuumaksi, sähköisesti varautuneeksi kaasuksi, joka tunnetaan nimellä plasma.
Tämä tyhjiöympäristö tarjoaa säteilysuojan ja tukee plasman vakautta, kun taas jäähdytysvesijärjestelmät, jotka kiertävät sen kaksoisterässeinien välissä, poistavat turvallisesti reaktorin ollessa käynnissä syntyvän lämmön. Tämä on erittäin tärkeää, koska fuusio vaatii 150-300 miljoonan asteen lämpötiloja.
ITERin uusi fuusioreaktori on valmistuessaan maailman suurin
Magneettikenttien voima
Sisäosan donitsimuoto mahdollistaa sen, että sisällä olevat plasmahiukkaset kiertävät jatkuvasti koskettamatta seiniä. Tämä superkuuma plasma säilyy ja sitä ohjataan tokamak-reaktorissa magneettikentillä, joita tuottavat 10 000 tonnia suprajohtavia magneetteja.
ITER pystyy tuottamaan vahvempia kenttiä kuin perinteiset magneetit, kun niitä pidetään -269 asteen lämpötiloissa, ja se käyttää "korkean suorituskyvyn sisäisesti jäähdytettyjä suprajohtimia", joissa suprajohtavat säikeet on niputettu yhteen ja sisällytetty rakenneteräsvaippaan.
Tämä tapa tuottaa magneettikenttiä on myös halvempi ja vähemmän energiaa{0}}kuluttava kuin vaihtoehdot, joten se on ainoa käyttökelpoinen vaihtoehto massiivisille magneettijärjestelmille, joita tarvitaan fuusiovoiman tukemiseen.
Tyhjiöastia ja sen suprajohtava magneettijärjestelmä ovat kaikki ITER-kryostaatissa, joka tarjoaa ultra{0}}alhaisen lämpötilan tyhjiötilan. Se on 16 000 m³:n tilavuudellaan suurin koskaan rakennettu ruostumattomasta teräksestä valmistettu -tyhjiöpainekammio.
Reaktorin äärimmäiset lämpötilaerot tekevät ruostumattomasta teräksestä ihanteellisen valinnan. Teräksen korkea sitkeys ja sitkeys tekevät siitä korvaamattoman osan ITERiä, sillä se pystyy säilyttämään suorituskyvyn korkeissa ja matalissa lämpötiloissa.
Koska tokamakin odotetaan valmistuvan vuoteen 2025 mennessä, fuusiofyysikot toivovat, että tämä{1}}muuttaa energiantuotantoa. Vaikka mahdollisuus lähes-rajattomasti puhtaasta energiasta on horisontin takana, on selvää, että jos aiomme saavuttaa kaupallisen fuusion, teräksen kestävä voima antaa meille mahdollisuuden valjastaa sitä.
