Fizyka i zastosowania plazmy gorącej

Plazma jest zjonizowanym gazem składającym się z jonów i elektronów oraz ewentualnie atomów i cząsteczek. Ponad 90% widzialnej materii we Wszechświecie znajduje się w stanie plazmy. Plazma gorąca o temperaturze od kilku do kilkuset kelwinów składa się tylko z jonów i elektronów. W przyrodzie plazma gorąca znajduje się we wnętrzach gwiazd. Na Ziemi jest tworzona w broni termojądrowej i w specjalnych układach badawczych. W gorącej plazmie składającej się z jąder lekkich pierwiastków mogą zachodzić rekcje syntezy (fuzji) termojądrowej z wydzieleniem dodatkowej energii. Właśnie takie reakcje termojądrowe powodowały powstanie pierwszych pierwiastków po Wielkim Wybuchu i są generatorem energii w gwiazdach. Od kilkudziesięciu lat naukowcy pracują nad opanowaniem kontrolowanej fuzji w celu uzyskania wydajnego, bezpiecznego dla ludności i środowiska źródła energii. W reakcji fuzji biorą udział deuter i tryt, które są łatwo dostępnymi surowcami – pierwszy z wody morskiej, a drugi z litu bombardowanego neutronami. Badania fuzji realizowane są głównie w specjalnie budowanych toroidalnych komorach, nazywanych tokamakami i stellaratorami, w których plazma grzana różnymi metodami izolowana jest od ścianek komory układem pól magnetycznych. Jednym z takich projektów jest prototyp największego na świecie tokamaka-reaktora termojądrowego (projekt ITER) powstającego w ramach współpracy międzynarodowej przy udziale Polski i Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy. Inną badaną metodą wykorzystania fuzji dla celów energetycznych jest zastosowanie laserów o wielkiej mocy do kompresji i grzania mikrotarcz zawierających mieszaninę deuteru i trytu. Instytut jest koordynatorem badań fuzji w Polsce w ramach programu europejskiego EUROfusion.