U devet desetljeća otkako su ljudi prvi put proizveli fuzijske reakcije, samo je nekoliko tehnologija pokazalo sposobnost stvaranja termalne fuzijske plazme s temperaturom elektrona višom od 10 milijuna celzija, što je otprilike temperatura jezgre Sunca. To je sad uspjelo startupu Zap Energy, zahvaljujući jedinstvenom "Z pinchu sa stabiliziranim protokom" (sheared-flow-stabilized Z pinch), pomoću kojeg su daleko premašili konkurente.

Najmanji i najjeftiniji 

Istraživanje, objavljeno u časopisu Physical Review Letters, detaljno opisuje mjerenja napravljena u Z-pinch eksperimentu (FuZE) od 1-3 keV temperature elektrona u plazmi, što je otprilike ekvivalent rezultatu od 11 do 37 milijuna celzija. FuZE je najjednostavniji, najmanji i najjeftiniji uređaj koji je to postigao, a Zapova tehnologija, kažu, mogla bi se iskoristiti za proizvodnju obilja energije bez ugljika.

FuZE je kao istraživački projekt na Sveučilištu Washington svojedobno pokrenula Agencija za napredna istraživanja američkog ministarstva energetike (ARPA-E) da bi 2020. uređaj bio premješten u Zap Energy.

Topla juha

Prvi korak za stvaranje uvjeta za fuziju je generiranje plazme, energetskog "četvrtog stanja materije" gdje jezgre i elektroni nisu povezani zajedno u atome, već slobodno teku u subatomskoj juhi. Komprimiranje i zagrijavanje plazme koja se sastoji od dva oblika vodika, deuterija i tricija, uzrokuje sudaranje i stapanje njihovih jezgri. Kad se to dogodi, reakcije fuzije daju otprilike 10 milijuna puta više energije nego izgaranje iste količine ugljena.

Takve fuzijske reakcije promatrane su u laboratoriju desetljećima u relativno malim količinama. Međutim, veliki je izazov stvoriti više izlazne fuzijske energije iz tih reakcija od ulazne energije potrebne za njihovo pokretanje.

Z pinch fuzija

Tehnologija tvrtke Zap Energy temelji se na jednostavnoj shemi zadržavanja plazme poznatoj kao Z pinch, gdje se velike električne struje kanaliziraju kroz tanku nit plazme. Vodljiva plazma stvara vlastita elektromagnetska polja koja je zagrijavaju i sabijaju.

Sa Z pinch fuzijom eksperimentiralo se još od sredine prošlog stoljeća, ali tek je Zap riješio problem kratkotrajnosti plazme primjenom dinamičkog protoka kroz plazmu (sheared-flow stabilization).

Istovremeni vrhunac

"Dinamika je prekrasan čin ravnoteže fizike plazme. Kako se penjemo prema sve višim i višim strujama plazme, optimiziramo točku gdje se temperatura, gustoća i životni vijek Z pincha usklađuju kako bi formirali stabilnu, plazmu visokih performansi", objašnjavaju istraživači.

Fizičari plazme često brinu o situacijama u kojima hladni elektroni ograničavaju zagrijavanje iona, poput kockica leda u vrućoj juhi. Međutim, pokazalo se da su elektroni u FuZE plazmi jednako vrući kao i ioni, što ukazuje da je plazma u zdravoj toplinskoj ravnoteži. Uz to, detaljna mjerenja pokazuju da temperature elektrona i proizvodnja fuzijskog neutrona dostižu vrhunac istovremeno. 

Novi, napredniji uređaj 

Za razliku od dva glavna fuzijska pristupa koji su bili u fokusu većine istraživanja fuzije posljednjih desetljeća, Zapova tehnologija ne zahtijeva skupe i složene supravodljive magnete ili snažne lasere pa omogućuje brzu proizvodnju najjeftinijih termofuzijskih neutrona koji postoje, kažu istraživači koji su u međuvremenu naručili i novi, napredniji uređaj FuZE-Q koji, kažu, ima deset puta veći energetski kapacitet i može doseći puno više temperature.