Čínský reaktor „umělého slunce“ rozbil hlavní fúzní limit – krok blíže k téměř neomezené čisté energii.
Čínanukleární fúzní reaktor, přezdívaný „umělé slunce“, porušil hlavní fúzní limit tím, že vypálil plazmu mimo svůj obvyklý operační dosah, čímž urychlil pomalý pokrok lidstva směrem k téměř neomezené čisté energii.
Experimentální pokročilý supravodivý tokamak (EAST) uchovával plazmu – vysokou energii čtvrté skupenství hmoty — stabilní při extrémních hustotách, což bylo dříve považováno za hlavní překážku v rozvoji jaderné fúze, podle a prohlášení vydala Čínská akademie věd.
Jaderná fúze nabízí potenciál pro téměř neomezenou čistou energii. Jinými slovy, energie bez velkého množství jaderný odpad nebo oteplování klimatu emise skleníkových plynů uvolňované spalováním fosilních paliv. Nové poznatky byly zveřejněny 1. ledna v časopise Vědecké pokrokyby mohl přivést náš druh o krok blíže k odemknutí tohoto zdroje energie, o kterém někteří výzkumníci tvrdí, že bychom jej mohli využít během desetiletí.
Technologie jaderné fúze se však vyvíjela více než 70 let a stále je to do značné míry experimentální věda, přičemž reaktory obvykle spotřebovávají více energie, než mohou vyrobit. Mezitím klimatologové volají po hlubokém snížení emisí skleníkových plynů nyní jako dopady klimatické změny jsou již pociťovány po celém světě. Je nepravděpodobné, že by jaderná fúze představovala praktické řešení současné klimatické krize – ale mohla by v budoucnu pohánět náš svět.
Fúzní reaktory jsou navrženy tak, aby spojily dva lehké atomy do jediného těžkého atomu prostřednictvím tepla a tlaku. Tím vyrábějí energii podobným způsobem jako slunce. Slunce má však mnohem větší tlak než pozemské reaktory, takže to vědci kompenzují tím, že shlukují horkou plazmu při teplotách mnohem vyšších než Slunce.
Čínský EAST je magnetický reaktor, neboli tokamak, navržený tak, aby udržoval plazmu nepřetržitě hořící po dlouhou dobu. Reaktor ohřívá plazmu a zachycuje ji v komoře ve tvaru koblihy pomocí silných magnetických polí. Reaktory Tokamak ještě nedosáhly zapálení fúze, což je bod, ve kterém se fúzní proces stává soběstačným, ale reaktor EAST prodlužuje dobu, po kterou může udržovat stabilní, vysoce omezenou smyčku plazmy.
Jednou z překážek pro výzkumníky v oblasti fúze je limit hustoty nazývaný Greenwaldův limit, za kterým se plazma obvykle stává nestabilní. Tento limit je problémem, protože zatímco vyšší hustoty plazmatu umožňují, aby se do sebe nabouralo více atomů, čímž se snižují energetické náklady na zapálení, nestabilita také zabíjí fúzní reakci.
K překonání Greenwaldova limitu vědci z EAST pečlivě řídili interakci plazmatu se stěnami reaktoru řízením dvou klíčových parametrů při spuštění reaktoru: počátečního tlaku palivového plynu a elektronový cyklotronový rezonanční ohřevnebo frekvence, při které elektrony v plazmatu absorbovaly mikrovlny. To udržovalo plazmu stabilní při extrémních hustotách 1,3 až 1,65krát za Greenwaldovým limitem – mnohem vyšší, než je obvyklý provozní rozsah tokamaku 0,8 až 1, podle studie.
Není to poprvé, co byl překročen Greenwaldský limit. Například tokamak DIII-D National Fusion Facility Ministerstva energetiky USA v San Diegu prolomil limit v roce 2022 a v roce 2024 výzkumníci z University of Wisconsin-Madison ve Wisconsinu oznámili, že udrželi stabilní plazmu tokamaku na přibližně 10násobek Greenwaldova limitu pomocí experimentálního zařízení.
Porušení na EAST však umožnilo vědcům poprvé zahřát plazmu do dříve teoretizovaného stavu nazývaného „režim bez hustoty“, kdy plazma zůstala stabilní, když se hustota zvýšila. Výzkum je založen na teorii tzv samoorganizace plazmové stěny (PWSO), která navrhuje, že režim bez hustoty by mohl být možný, když je interakce mezi plazmatem a stěnami reaktoru v pečlivě vyváženém stavu, podle prohlášení.
Pokrok dosažený na EAST a v USA bude určovat vývoj nových reaktorů. Čína i USA jsou součástí Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor (ITER), což je spolupráce mezi desítkami zemí na vybudování největší tokamak světa ve Francii.
ITER bude dalším experimentálním reaktorem navrženým k vytvoření trvalé fúze pro výzkumné účely, ale mohl by připravit cestu pro fúzní elektrárny. Očekává se, že reaktor ITER začne produkovat fúzní reakce v plném rozsahu v roce 2039.
