Pasaulē lielākajā stellāratora tipa iekārtā — Wendelstein 7-X (W7-X) — zinātnieki pirmo reizi izdevās iegūt augstas enerģijas hēlija-3 jonus. Šo notikumu var droši saukt par svarīgu pagrieziena punktu termiskās kodolsintēzes pētniecībā, un šeit ir iemesls, kāpēc.
Eksperiments tika veikts iekārtā, kas atrodas Maks Planka Plazmas fizikas institūtā ( Vācijā ). W7-X ir viena no modernākajām laboratorijām kontrolētas sintēzes pētniecībā.
Atšķirībā no tokamakiem, kas plazmu veido ar strāvas palīdzību, stellaatori izmanto sarežģītu magnētisko ģeometriju, lai noturētu augstas temperatūras vielu. Visu šo eksperimentu mērķis ir izstrādāt enerģijas avotus, kas imitē procesus, kas notiek zvaigžņu iekšienē.
Viens no galvenajiem izaicinājumiem nākotnes termiskās kodolreaktoru elektrostaciju izveidē ir stabila plazmas uzturēšana miljoniem grādu augstā temperatūrā. Tieši šajā plazmā veidojas alfa daļiņas (hēlija-4 kodoli), kas uztur nepieciešamo reakcijas temperatūru. Ja daļiņas pārāk ātri atstāj plazmu, tā zaudē siltumu un sintēze apstājas.
Tā kā W7-X ir eksperimentāla iekārta, kas nespēj pilnībā atainot visus termiskā kodolreaktora apstākļus, zinātnieki modelē šādus procesus, izmantojot vieglākas daļiņas. Šajā gadījumā viņi izmantoja hēlija-3 jonus, kas paātrināti līdz nepieciešamajai enerģijai.
Šim nolūkam tika izmantota metode, kas pazīstama kā jonu ciklotronu rezonanses sildīšana (ICRH). Princips ir salīdzināms ar šūpošanās šūpoles: lai sasniegtu maksimālu efektu, katram “plecam” jāsakrīt ar dabisko kustības ritmu. Fizikā tas ir rezonanse.
Jonu-ciklotroniskās rezonanses sildīšanas (ICRH) metode ir tāda, ka plazmā, kas satur ūdeņradi un hēliju-4, tiek padotas spēcīgas radiofrekvences viļņi megavatu diapazonā. Šīs viļņi tiek noskaņoti uz hēlija-3 jonu apgriezienu frekvenci ap magnētiskajām spēka līnijām — tā saukto ciklotronu frekvenci. Rezonanses laikā daļiņas efektīvi absorbē enerģiju un paātrinās līdz noteiktām vērtībām.
Pirmo reizi ar ICRH palīdzību izdevās iegūt augstas enerģijas hēlija-3 jonus tieši stellaratorā. Iepriekš šādi eksperimenti bija ierobežoti ar tokamakiem, tāpēc šīs tehnoloģijas pārnešana uz citu magnētiskās uzturēšanas konfigurāciju paver jaunas iespējas termo-kodolpētniecībā .
ICRH sistēma tika izstrādāta starptautiskā zinātniskā partnerībā Trilateral Euregio Cluster (TEC). Projektā apvienojas Karaliskās militārās akadēmijas plazmas fizikas laboratorija Briselē un divi Vācijas institūti — IFN-1 un ITE Jūlikā.
Šī eksperimenta nozīme sniedzas tālu ārpus tīri enerģētikas uzdevumiem. Pētnieki uzsver, ka līdzīgi rezonanses procesi var notikt arī Saules atmosfērā, kur novēro tā sauktos mākoņus, kas bagāti ar hēliju-3. Dažkārt to koncentrācija Saules koronā sasniedz vērtības, kas ir 10 tūkstoš reižu augstākas par normu.
Saskaņā ar hipotēzi, hēlijs-3 Saules plazmā var selektīvi paātrināties dabisko elektromagnētisko viļņu ietekmē. Šajā nozīmē W7-X novērotais fenomens ļauj no jauna paskatīties ne tikai uz termiskās kodolenerģijas, bet arī uz vielas uzvedību tālu esošos gaismas avotos.
