Energie z jaderné syntézy je horečným snem vědců, ekologů a futuristů již téměř století. V posledních několika desetiletích se vědci pokoušeli najít způsob, jak vytvořit udržitelné fúzní reakce, které by lidem poskytly čistou, hojnou energii, která by konečně prolomila naši závislost na fosilních palivech a dalších nečistých metodách.
V posledních letech bylo učiněno mnoho pozitivních kroků, které přibližují „éru fúze“ realitě. V poslední době vědci pracující s Experimentální pokročilý supravodivý tokamak (VÝCHOD) – aka. „čínské umělé slunce“ – vytvořilo nový rekord přehřátím oblaků vodíkového plazmatu na více než 100 milionů stupňů – teplotu, která je šestkrát vyšší než samotné Slunce!
Zatímco vědci jsou schopni fúzovat atomy vodíku k výrobě energie, kamenem úrazu vždy bylo dosažení toho, co je známé jako „bod zlomu“. Zde se energie produkovaná samoudržující fúzní reakcí rovná energii potřebné k jejímu zahájení. A i když jsme ještě nedosáhli tohoto bodu, vědci se neustále přibližují.
Teplota plazmových elektronů přes 100 milionů stupňů dosažená v roce 2018 na EAST. Kredit: tým EAST
V současné době jsou dvěma nejoblíbenějšími metodami výroby energie z jaderné syntézy přístup inerciálním zadržením a tokamakový reaktor. V prvním případě se lasery používají k roztavení pelet deuteria (H² nebo „těžkého vodíku“) za účelem vytvoření fúzní reakce. V druhém případě proces zahrnuje zadržovací komoru ve tvaru torusu, která využívá magnetické pole a vnitřní proud k omezení vysokoenergetického plazmatu.
Přehřátím tohoto plazmatu a udržením jeho stability lze vytvořit samoudržující fúzní reakci. Zatímco jiné tokamakové reaktory spoléhají na magnetické cívky, aby udržely plazmový torus stabilní, čínský reaktor EAST spoléhá na magnetická pole vytvářená pohybujícím se plazmatem samotným, aby udržely torus pod kontrolou. Díky tomu je méně stabilní, ale umožňuje fyzikům zvýšit úroveň tepla.
Po čtyřměsíční kampani byl vědecký tým EAST schopen integrovat čtyři typy topného výkonu, aby dosáhl nového teplotního rekordu. Ty zahrnovaly ohřev nižšími hybridními vlnami, ohřev elektronových cyklotronových vln, iontový cyklotronový rezonanční ohřev a iontový ohřev neutrálním paprskem. Prostřednictvím těchto kombinovaných metod byl optimalizován profil proudové hustoty plazmatu.
Jakmile se vědeckému týmu podařilo optimalizovat spojení čtyř různých technik ohřevu, byli schopni vytvořit mrak nabitých částic, které obsahovaly elektrony zahřáté na více než 100 milionů °C. Také překročily úroveň injekce energie 10 megawattů (MW) a zvýšily uloženou energii plazmy na 300 kJ (kJ).
Rozšíření provozního scénáře EAST v roce 2018 s porovnáním jeho zvýšeného faktoru omezení energie se základním scénářem ITER. Kredit: EAST Team
Není to poprvé, co vědci z CASHIPS hlásili dosažení milníku fúze. v 2016 , tým oznámil, že produkoval plynný vodík, který byl třikrát teplejší než jádro Slunce (přibližně 50 milionů °C; 90 milionů °F), a byli schopni udržet tuto teplotu po dobu rekordních 102 sekund.
S tímto nejnovějším experimentem tým EAST nejen zdvojnásobil teplotu plazmového torusu (stanovil nový rekord), ale také se mu podařilo vyřešit řadu problémů, které jsou zásadní pro dosažení ustálených operací. Například vyřešili zadržování částic a výfukových plynů, jejichž načasování musí být správné, aby byla zachována trvalá fúzní reakce.
Experiment také poskytl klíčová data pro validaci modelů tepelného výfuku, dopravy a současného pohonu, které budou všechny klíčové pro realizaci několika velkých projektů fúze. Mezi ně patří Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor (ITER), the Čínský zkušební reaktor pro jadernou syntézu (CFETR) a Ukázková elektrárna (DEMO).
EAST, původně postavený v roce 2006, se stal plně otevřeným testovacím zařízením, které umožňuje celosvětové vědecké komunitě provádět operace v ustáleném stavu a fyzikální výzkum. A vzhledem k tomu, že se týmu EAST opět podařilo vytvořit teplotní podmínky značně převyšující Slunce, přezdívka „čínské umělé slunce“ se zdá být jen úlet!
Věk čisté energie se blíží a není to ani okamžik příliš brzy!
Další čtení: Hefei instituty fyziky , Vědecké upozornění