Fuzja jądrowa od dziesięcioleci przypomina nieuchwytny święty Graal energetyki. Kolejne doniesienia o rekordach budzą nadzieję, ale prawdziwy przełom wciąż zdaje się być za horyzontem. Tym razem jednak chińscy badacze donoszą o osiągnięciu, które może oznaczać coś więcej niż tylko kolejny punkt na wykresie. Eksperymentalny reaktor EAST z Hefei utrzymał plazmę fuzyjną w stanie stabilnym przy gęstościach znacznie przekraczających dotychczasowe, uważane za graniczne. Co kluczowe, udało się tego dokonać bez wywołania gwałtownych niestabilności, które zazwyczaj natychmiast przerywały podobne próby. O wynikach poinformowano na łamach Science Advances.
Granica gęstości plazmy została w końcu pokonana
Podstawowy problem w reaktorach tokamakowych jest znany od lat. Aby doszło do wydajnej syntezy deuteru z trytem, plazmę trzeba ogrzać do temperatur rzędu 150 milionów stopni Celsjusza. W takich warunkach ilość wytworzonej energii rośnie z kwadratem gęstości: im więcej cząstek paliwa w danej przestrzeni, tym lepiej. Niestety, próby przekroczenia pewnej, empirycznie ustalonej granicy gęstości kończyły się zawsze katastrofalnymi zaburzeniami, które rozpraszały plazmę i groziły uszkodzeniem instalacji.
Czytaj też: Generator energii z kropel deszczu. Koreańska technologia dla inteligentnych miast
Chińskim fizykom udało się ominąć to ograniczenie. Zespół pod kierunkiem Ping Zhu z Huazhong University of Science and Technology oraz Ning Yana z Hefei Institutes of Physical Science opracował procedurę, która pozwoliła na bezpieczne przekroczenie dawnego limitu. Sekretem okazała się niezwykle precyzyjna kontrola warunków początkowych, w tym ciśnienia gazu paliwowego, oraz specyficzna metoda podgrzewania plazmy na samym starcie procesu.
Teoria samoorganizacji plazmy i ściany znajduje potwierdzenie
Przez lata inżynierowie kurczowo trzymali się starych, ostrożnych limitów, ponieważ ich przekroczenie oznaczało niepowodzenie. Teoria, znana jako samoorganizacja plazmy-ściany (PWSO), sugerowała jednak, że przy odpowiedniej równowadze między gorącym gazem a metalową obudową reaktora, wyższe gęstości są możliwe do osiągnięcia. Eksperyment na reaktorze EAST dostarczył pierwszego namacalnego dowodu, że ta koncepcja działa w praktyce. Metoda polega na ścisłym zarządzaniu interakcjami plazmy z wnętrzem komory już od pierwszej chwili jej wytworzenia. Dzięki takiemu podejściu udało się zminimalizować napływ zanieczyszczeń i utratę energii. W efekcie, pod koniec fazy rozruchu, gęstość mogła rosnąć, a reaktor wszedł w przewidywany przez teorię stan, w którym ograniczenia gęstości przestają obowiązywać.
EAST kontynuuje serię imponujących wyników
Najnowszy sukces wpisuje się w ciąg rekordów ustanawianych przez chińskie „sztuczne słońce”. Na początku ubiegłego roku ten sam reaktor utrzymał plazmę w trybie wysokiego uwięzienia przez blisko 18 minut, bijąc swój własny rekord. Długotrwała, stabilna praca to jeden z filarów, na których ma oprzeć się przyszła energetyka fuzyjna. Teraz naukowcy chcą połączyć oba osiągnięcia: zastosować metodę wysokiej gęstości podczas długotrwałych operacji.
Czytaj też: Reaktor chłodzony ołowiem wybawieniem dla sektora energetycznego? Szalony projekt wchodzi w decydującą fazę
Gdyby się to udało, przybliżylibyśmy się do kolejnego kamienia milowego, czyli zapłonu fuzyjnego, gdy reakcja zaczyna się samodzielnie podtrzymywać. Cel jest wciąż ten sam: odtworzenie na Ziemi procesów zachodzących w gwiazdach, aby pozyskać niemal niewyczerpane źródło czystej energii. Przełamanie bariery gęstości to bez wątpienia znaczący postęp w dziedzinie, w której każdy krok naprzód jest wywalczony z wielkim trudem. Czy oznacza to, że fuzyjne elektrownie pojawią się za naszego życia?