5. září 2021 tým výzkumníků z MIT úspěšně testován vysokoteplotní supravodivý magnet, který překonává světový rekord v nejsilnější magnetickém poli, jaké kdy bylo vyrobeno. Tento magnet dosahující 20 Tesla (míra intenzity pole) by se mohl ukázat jako klíč k odblokování jaderné fúze a poskytování čisté energie bez uhlíku světu.
Jaderná fúze je již po desetiletí svatým grálem čisté energie, ale je to těžký oříšek. Současné jaderné elektrárny využívají k výrobě elektřiny štěpení – štěpení atomů. Je to účinné, ale může být nebezpečné a zanechává po sobě dlouhotrvající jaderný odpad, který je obtížné a nákladné bezpečně uložit. Na druhé straně jaderná fúze se spoléhá na spojení dvou atomů dohromady, aby se vytvořil větší. Toto je druh reakce, který se vyskytuje ve Slunci a hvězdách. Když je uměle reprodukován na Zemi, je mnohem méně náchylný ke katastrofickým výbuchům než štěpení a produkuje mnohem méně radioaktivního odpadu. Pokud by se komerčně životaschopný fúzní reaktor mohl stát realitou, mohl by se rychle stát zdrojem energie budoucnosti.
Nejsilnější magnet na světě. Navrženo a postaveno Commonwealth Fusion Systems a MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC). Kredit: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021
Zde přichází na scénu nový silný magnet MIT. K jaderné fúzi dochází pouze při nesmírně vysokých teplotách – plazma musí dosáhnout teplot, které by roztavily nebo zničily jakýkoli materiál, o kterém by si lidé mohli myslet, že by z něj mohl postavit reaktor. Řešením navrženým již v 50. letech 20. století je zadržet plazmu, aniž by se čehokoli dotkla. Právě to dokáže silné magnetické pole, které vytvoří umělou „lahev“, ve které může dojít k jaderné fúzi.
Nejběžnějším tvarem jedné z těchto magnetických lahví je předmět podobný koblihu známý jako tokamak. Vědci z MIT doufají, že do roku 2025 uspořádají své nové výkonné magnety do tokamakového reaktoru a tím produkují síťově pozitivní jadernou fúzi (fúze, která produkuje více energie, než spotřebuje).
Skutečným průlomovým dílem zde není fúze samotná. Umělé fúzní reakce byly produkovány již dříve. Problém je v tom, že zatím vždy spotřebují více energie na provoz, než vyrobí (udržování magnetických polí tak, aby obsahovalo plazma, spotřebuje hodně energie). Tím, že pracuje na vylepšení magnetů, tým MIT doufá, že bude první, kdo konečně vyrobí reaktor, který vyrobí více energie, než spotřebuje.
Předchozí pokusy se síťově pozitivním reaktorem využívaly konvenční měděné elektromagnety a v poslední době nízkoteplotní supravodiče, aby zadržely fúzní reakci. Tým MIT a jejich komerční partner, startup jménem Commonwealth Fusion Systems (CFS), překonali své konkurenty tím, že na magnety použili nový supravodivý materiál: vysokoteplotní supravodič. Tento materiál je aplikován jako páska podobná pásce a umožňuje jim vytvořit mnohem silnější magnetické pole na mnohem menším prostoru. Nízkoteplotní supravodič by potřeboval 40krát větší objem, aby dosáhl stejné intenzity pole.
Magnet, na kterém se pracuje uvnitř testovacího stojanu. Kredit: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021
Martin Greenwald, zástupce ředitele a hlavní vědecký pracovník na MIT Centrum plazmové vědy a fúze “, vysvětlil „mezera, kterou jsme zaplňovali, spočívala v použití konvenční fyziky plazmatu a konvenčních návrhů a inženýrství tokamaku, ale přinesli jsme tuto novou technologii magnetů. Nevyžadovali jsme tedy inovace v půl tuctu různých oblastí. Prostě bychom inovovali na magnetu a pak bychom použili znalostní základnu toho, co jsme se naučili za poslední desetiletí.“
Po úspěšném testu magnetu minulý týden se zdá, že se tato strategie vyplácí. Minulý rok řada vědeckých prací použila simulace k předpovědi, že pokud magnet funguje správně, pak by fúzní reaktor měl být skutečně schopen produkovat pozitivní energii z fúze. Vzhledem k tomu, že úspěšný test magnetů je nyní mimo cestu, zbývá pouze vyrobit celý systém (známý jako SPARC), což by mělo trvat asi tři roky.
Pokud budou úspěšní, mohlo by to změnit svět. Jak vysvětluje Maria Zuber, viceprezidentka pro výzkum MIT, „Fúze v mnoha ohledech je dokonalým zdrojem čisté energie... Množství energie, které je k dispozici, skutečně mění hru.“ Jejich konečným cílem je dekarbonizace energetické sítě, zpomalení změny klimatu a snížení produkce skleníkových plynů. Pokud se jim to podaří, bude to stát za to. 'Nikdo z nás se v tuto chvíli nesnaží vyhrávat trofeje.' Zuber řekl: 'Snažíme se, aby se na planetě dalo žít.' Jejich rekordní magnetické pole 20 Tesla může být jen klíčem k odblokování jaderné fúze a otočení vlny v boji proti změně klimatu.
Zjistit více: David Chandler “ Projekt navržený MIT dosahuje významného pokroku směrem k fúzní energii. 'Zprávy MIT.
Doporučený obrázek: Vykreslení SPARC, kompaktního tokamaku s vysokým polem, v současné době pod návrhem týmu z Massachusetts Institute of Technology a Commonwealth Fusion Systems. Jeho posláním je vytvořit a omezit plazmu, která produkuje čistou fúzní energii. Kredit: T. Henderson, CFS/MIT-PSFC, 2020
