Kamera snima plazmu u fuzijskom reaktoru 16.000 puta u sekundi

Unutrašnjost fuzijskog reaktora obično je skrivena od pogleda. U stroju ST40 tvrtke Tokamak Energy znanstvenici su, međutim, uspjeli snimiti rub plazme u boji brzinom od 16.000 sličica u sekundi. Na snimci se vidi ružičasti sjaj deuterija, a zatim i crveno-zeleni tragovi sitnih čestica litija koje prolaze kroz područje magnetski zarobljene plazme.

Takav prizor nije samo demonstracija napredne kamere. Jedan od glavnih problema budućih fuzijskih elektrana bit će odvođenje topline iz reaktora. U tokamaku se plazma zagrijava na milijune stupnjeva kako bi se atomske jezgre mogle sudarati i spajati. Dio energije ipak bježi prema rubu plazme, a komponente koje tu toplinu primaju, poznate kao divertori, morat će izdržati ekstremna opterećenja.

U eksperimentima na uređaju ST40 zabilježeni su toplinski tokovi do 150 megavata po četvornom metru. Buduća elektrana morala bi takve uvjete podnositi mnogo dulje nego današnji eksperimentalni uređaji. Zato istraživači traže načine da se rub plazme ohladi, a da središnji dio ostane dovoljno vruć za fuziju.

Jedna od mogućnosti je režim nazvan X-point radiator. Ideja je da se u području blizu magnetske točke u obliku slova X potakne zračenje energije. Ako se toplina iz plazme izgubi na pravom mjestu, divertor bi mogao biti manje opterećen, dok bi jezgra plazme zadržala uvjete potrebne za reakciju.

Litij u tom procesu ima dvostruku ulogu: može pomoći u odvođenju energije, ali istodobno služi kao svojevrsni svjetleći trag. Kada neutralni atomi litija uđu u hladniji rub plazme, emitiraju crvenu svjetlost. Kako prodiru u gušći i topliji dio, gube elektron i postaju pozitivno nabijeni ioni koji svijetle zelenkasto-žuto. Budući da su nabijeni, slijede linije magnetskog polja, pa kamera može pratiti njihovo kretanje.

Fuzijska plazma nije cijela jednako sjajna. Najtoplija jezgra ne emitira vidljivu svjetlost na način koji bi kamera lako registrirala. Boje na snimci uglavnom otkrivaju što se događa u relativno hladnijem vanjskom sloju. U kombinaciji sa spektroskopijom, snimke omogućuju istraživačima da odrede gdje se energija zrači i kako se nečistoće kreću.

Preliminarni rezultati upućuju na to da se zračeće područje može pomicati preko X-točke i smanjiti toplinu koja stiže do divertora. Ipak, dio zračenja u tim pokusima vjerojatno potječe od ugljika koji se odvaja sa stijenki, a ne samo od namjerno dodanog litija. Pokusi s litijem i neonom zato se nastavljaju.

ST40 prolazi i veću nadogradnju. U planu su molibdenski oklop, sustavi za premazivanje površina litijem i novi mjerni instrumenti. Fuzijska energija još nije spremna za komercijalnu proizvodnju, ali ovakve snimke pomažu odgovoriti na jedno od ključnih pitanja: kako budući reaktor može istodobno zadržati ekstremno vruću plazmu i zaštititi vlastite zidove.