Για την παραγωγή εμπορικής ενέργειας, οι μελλοντικοί σταθμοί παραγωγής ενέργειας από σύντηξη θα πρέπει να επιτύχουν θερμοκρασίες 100 εκατομμυρίων βαθμών C. Για να γίνει αυτό απαιτείται προσεκτικός έλεγχος του πλάσματος. Σε μια μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nuclear Fusion, οι ερευνητές βελτίωσαν τις συνθήκες λειτουργίας για να επιτύχουν τις απαραίτητες θερμοκρασίες σε μια συμπαγή σφαιρική συσκευή που ονομάζεται ST40.
Η συσκευή αυτή είναι μοναδική – είναι πολύ μικρότερη και έχει πιο σφαιρικό πλάσμα από άλλες συσκευές σύντηξης. Για να επιτύχουν αυτά τα αποτελέσματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια προσέγγιση παρόμοια με τις προηγούμενες “σούπερ βολές” που παρήγαγαν περισσότερα από 10 εκατομμύρια βατ ενέργειας σύντηξης στο τοκάμακ TFTR τη δεκαετία του 1990.
Αυτή η προσπάθεια κατέδειξε για πρώτη φορά θερμοκρασίες ιόντων σχετικές με τη σύντηξη σε ένα συμπαγές, σφαιρικό τοκάμακ με υψηλό μαγνητικό πεδίο. Αυτό επιβεβαιώνει ότι μπορεί να επιτευχθεί μία από τις συνθήκες που είναι απαραίτητες για την εμπορική παραγωγή ενέργειας σύντηξης. Τα αποτελέσματα αυτά δείχνουν επίσης ότι παρόμοιες πιλοτικές εγκαταστάσεις σύντηξης μπορούν να οδηγήσουν σε πιο συμπαγείς, και ενδεχομένως πιο οικονομικές, πηγές ενέργειας σύντηξης από άλλες δομές.
Οι ερευνητές του Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL), του Oak Ridge National Laboratory (ORNL) και της Tokamak Energy Ltd εργάστηκαν σε ένα πρώτο στο είδος του κοινό πλαίσιο συμφωνίας συνεργασίας για την έρευνα και την ανάπτυξη (CRADA) για την ανάπτυξη επιχειρησιακών σεναρίων και μεθόδων ανάλυσης. Τα πειράματά τους κατέδειξαν τώρα την επίτευξη υψηλών θερμοκρασιών ιόντων που σχετίζονται με τη σύντηξη σε μια ιδιωτική πειραματική εγκατάσταση σύντηξης. Οι ερευνητές του PPPL και του ORNL συμμετείχαν ενεργά στη λειτουργία της συσκευής ST40 και στην ανάλυση δεδομένων για την επίτευξη αυτών των θερμοκρασιών πλάσματος που απαιτούνται για την εμπορική ενέργεια σύντηξης.
Στην έρευνα, τα πλάσματα ST40 λειτουργούσαν σε τιμές τοροειδούς μαγνητικού πεδίου λίγο πάνω από 2 Tesla και θερμαίνονταν από 1,8 εκατομμύρια Watt ουδέτερων σωματιδίων υψηλής ενέργειας. Ενώ οι εκκενώσεις πλάσματος ST40 διήρκεσαν μόνο 150 χιλιοστά του δευτερολέπτου, το πλάσμα παρουσίασε θερμοκρασίες ιόντων άνω των 100 εκατομμυρίων βαθμών Κελσίου.
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον κώδικα μεταφοράς TRANSP που αναπτύχθηκε στο PPPL για να προσδιορίσουν τη θερμοκρασία ιόντων του κύριου είδους δευτέριο με βάση τα εύρη των προφίλ θερμοκρασίας των προσμίξεων που μετρήθηκαν. Τα προφίλ αυτά αποκαλύπτουν το εύρος θερμοκρασιών ιόντων πρόσμιξης (που φαίνεται με μπλε χρώμα στην παραπάνω εικόνα) πολύ πάνω από τα 8,6 keV (100 εκατομμύρια βαθμούς Κελσίου) και το εύρος θερμοκρασιών δευτερίου (που φαίνεται με ματζέντα χρώμα) γύρω από το επίπεδο των 8,6 keV.