Naukowcy z różnych instytucji badawczych pracują nad przełomowym projektem, który ma na celu stworzenie efektywnego źródła energii z podaży fuzji jądrowej. Projekt CHADWICK, ogłoszony przez agencję ARPA-E, wart 30 milionów dolarów, zyskał udział 13 obiecujących projektów.

Jednym z głównych wyzwań w procesie fuzji jądrowej jest efektywne uwięzienie plazmy, w której odbywa się reakcja. Uwięziona plazma działa jak miniaturowe Słońce, a materiał otaczający ją musi wytrzymać ekstremalne warunki, takie jak wysokie temperatury, silne promieniowanie i intensywne pola magnetyczne, a także efektywnie oddawać ciepło, które następnie zostanie przekształcone w energię elektryczną.

Kluczowym elementem projektu jest budowa pierwszej ściany reaktora, która ma za zadanie oddzielić plazmę od reszty struktury. Dwie warstwy, które tworzą tę ścianę, muszą być odpowiednio zaprojektowane i wykonane. Wewnętrzna warstwa, bliżej plazmy, musi charakteryzować się wysoką odpornością na pęknięcia i erozję, podczas gdy zewnętrzna ma na celu transfer energii do innych części reaktora.

Jednym z głównych materiałów branych pod uwagę w badaniach jest wolfram. To niezwykle odporny na wysokie temperatury pierwiastek, który, jak zauważył Nicolas Arbigay z Ames National Laboratory, ma najłatwiejszą do przewidzenia reakcję w ekstremalnych warunkach. W ostatnim czasie laboratorium zakupiło nowoczesną platformę do wytwarzania innowacyjnych materiałów, co pozwoli na tworzenie różnorodnych stopów.

Również niezwykle innowacyjny system badawczy pozwala na testowanie materiałów ogniotrwałych w temperaturach znacznie przekraczających 1000°C. Ames Lab dysponuje jedynym w USA komercyjnym systemem, zdolnym badać materiały w temperaturze do 1500°C. W obliczu wymagań związanych z budową ściany reaktora fuzyjnego, takie innowacje są niezwykle cenne.

Zespół pod kierownictwem Jordana Tiarksa analizuje także zastosowanie stali ODS, które są umacniane nanocząstkami ceramicznymi, co znacznie poprawia ich właściwości mechaniczne i odporność na promieniowanie. Stworzenie nowego stopu bazującego na wanadzie, który mógłby z powodzeniem znaleźć zastosowanie w reaktorach fuzyjnych, również stanowi część ich badań.

Jednak wyzwania związane z wanadem są znaczące. Zespół naukowców pracuje nad metodami przetwarzania wanadu, aby zapobiec jego reaktywności i kontrolować skład chemiczny materiałów używanych w konstrukcji reaktora. Te innowacyjne techniki są kluczowe, ponieważ zrozumienie tych reakcji pozwoli na stworzenie bardziej stabilnych materiałów, które wytrzymają trudne warunki pracy reaktora.

Testy przygotowanych materiałów będą prowadzone przez zespół profesora Sida Pathaka z Iowa State University, który będzie badał ich odporność na promieniowanie, co jest kluczowe dla przyszłej rozwoju tej technologii. W miarę postępu projektu, możliwe będzie stworzenie reaktora, który mógłby dostarczać czystą energię przez długie lata.

Fuzja jądrowa obiecuje nieograniczone źródło czystej energii - proces, który generuje energię przez łączenie atomów lżejszych pierwiastków, co sprawia, że jest naszym kluczowym atutem w walce z kryzysem klimatycznym. Zasoby potrzebne do fuzji, takie jak deuter i tryt, są dostępne w ogromnych ilościach, co zapowiada przyszłość zrównoważonej energii na Ziemi. Zmiana ta może niesamowicie odmienić krajobraz energetyczny na świecie, eliminując zmienność wynikającą z reszty rodzajów wyczerpujących się zasobów energetycznych.