Chińskie „sztuczne słońce” przełamuje barierę gęstości plazmy – przełom w badaniach nad fuzją jądrową

Przełom w chińskim reaktorze EAST

Chińscy badacze pracujący przy w pełni nadprzewodzącym tokamaku EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) ogłosili, iż po raz pierwszy w historii udało im się osiągnąć tzw. „reżim bez ograniczeń gęstości” w plazmie. Oznacza to, iż plazma pozostawała stabilna choćby przy gęstościach znacznie przekraczających dotychczasowe limity, które przez dziesięciolecia blokowały postęp w badaniach nad fuzją jądrową.

Na czym polegała bariera gęstości?

Fuzja jądrowa obiecywana jest jako źródło czystej i niewyczerpalnej energii. Kluczowym wyzwaniem jest jednak utrzymanie stabilnej plazmy o bardzo wysokiej temperaturze i gęstości. Dotychczasowe eksperymenty z tokamakami ograniczały się do pewnej granicy gęstości – po jej przekroczeniu plazma stawała się niestabilna, co uniemożliwiało dalszą pracę urządzenia.

Nowe badania potwierdzają, iż jeżeli interakcje plazmy ze ścianami reaktora są precyzyjnie kontrolowane, możliwe jest przekroczenie tych ograniczeń bez wystąpienia destabilizujących zjawisk.

Nowa teoria i jej potwierdzenie

Teoretyczna koncepcja tzw. samoorganizacji plazmy i ściany (PWSO) została zaproponowana przez francuskich naukowców z CNRS i Uniwersytetu Aix-Marseille. Zakłada ona, iż w określonych warunkach, gdy plazma i metalowe ściany reaktora wchodzą w zrównoważoną interakcję, powstaje możliwość osiągnięcia „reżimu bez ograniczeń gęstości”.

W eksperymencie na EAST chińscy badacze pod kierunkiem prof. Pinga Zhu i prof. Ninga Yana zastosowali nowatorską strategię – precyzyjnie kontrolowali początkowe ciśnienie gazu oraz użyli rezonansowego ogrzewania elektronowego już na etapie rozruchu. Pozwoliło to zminimalizować zanieczyszczenia i straty energii oraz stopniowo zwiększać gęstość plazmy bez utraty stabilności.

Znaczenie dla przyszłości fuzji jądrowej

Osiągnięcie „reżimu bez ograniczeń gęstości” otwiera nowe możliwości dla przyszłych reaktorów fuzyjnych. Im wyższa gęstość plazmy, tym więcej energii można uzyskać z reakcji deuter-trit, co znacząco przybliża realizację celu, jakim jest energetyczne samozapłon plazmy („ignition”).

„Wyniki sugerują praktyczną i skalowalną ścieżkę do rozszerzenia limitów gęstości w tokamakach i przyszłych urządzeniach do spalania plazmy.”

– prof. Ping Zhu

Zespół planuje zastosować tę samą metodę podczas pracy w trybie wysokiej wydajności na reaktorze EAST, by sprawdzić, czy możliwe będzie utrzymanie tego efektu także przy jeszcze bardziej wymagających parametrach operacyjnych.

Podsumowanie

Przełomowe badania chińskiego zespołu mogą istotnie przyspieszyć prace nad komercyjną energetyką termojądrową. Odkrycie, iż bariera gęstości plazmy może zostać pokonana dzięki kontroli interakcji ze ściankami reaktora, to istotny krok na drodze do pozyskania czystej, praktycznie niewyczerpalnej energii z fuzji jądrowej.

Źródło: ScienceDaily