Ako to vyzerá v reaktore počas jadrovej fúzie? Táto 3D vizualizácia ti ukáže každú časticu
Výskumníci vytvorili 3D vizualizáciu, ktorá ti ukáže, čo všetko prebieha v tokamaku počas jadrovej fúzie v neuveriteľnom detaile.
Jadrová fúzia je fyzikálny proces opisujúci spájanie menších atómov do väčších. Prirodzene sa vyskytuje v jadrách hviezd a kvôli nej má naša planéta nielen dostatok svetla, ale aj tepla na to, aby na nej mohol vzniknúť život. Hoci vo vesmíre prebieha úplne prirodzene, vytvoriť ju je nesmierne náročné.
Výskumníci z celého sveta pracujú na tom, aby proces jadrovej fúzie udržali čo najdlhšie. Fúzia prebieha v špeciálnych fúznych reaktoroch pri obrovských energiách. Keď ale vzniknú vhodné podmienky pre začiatok fúzie, stačí len malá nestabilita a celý proces sa okamžite zastaví.
Jadrová fúzia ale predstavuje spôsob, ako by ľudstvo mohlo získať prakticky neobmedzenú a čistú energiu. Vedci z EPFL v rámci novej štúdie vytvorili 3D simuláciu, ktorá ti ukáže, ako by mohol fúzny proces vo fúznom reaktore tokamak vyzerať. Simuláciu vytvorili na základe obrovského množstva dát, ktoré získali počas experimentov.
Fascinujúci pohľad do sveta jadrovej fúzie
Pre bežného človeka simulácia predstavuje fascinujúci pohľad do fyziky, ktorá by jedného dňa mohla priniesť svetu neobmedzenú, dostupnú a čistú energiu. Simuláciu však využívajú aj vedci. Pre nich ide o cenný nástroj, ktorý pomáha lepšie pochopiť fenomény z kvantovej fyziky, ktoré na proces jadrovej fúzie vplývajú.
3D simulácia je vernou reprodukciou interiéru tokamaku, ktorý majú vedci z EPFL. Vnútro tokamaku simulácia stvárňuje s detailmi, ktoré môžu konkurovať aj najmodernejším počítačovým hrám. Experimentálne reaktor CS1 vedci postavili pred viac ako 30 rokmi a stále je jediným svojho druhu na svete.
Neprehliadni
“Na vytvorenie modelu sme použili robota, ktorý skenoval interiér reaktora s maximálnou presnosťou. Získané dáta sme následne použili na vytvorenie 3D modelu, ktorý replikuje komponenty v neuveriteľnom detaile,” tvrdí Samy Mannane, jeden z autorov štúdie.
Výskumníkom sa podarilo dokonca zachytiť aj opotrebovanie grafitových doštičiek, ktoré sa nachádzajú po stenách reaktora. Tieto doštičky sú počas fúznej reakcie vystavené extrémnym teplotám. Po vytvorení modelu výskumníci navrhli rovnice, ktoré popisovali ako presne sa kvantové častice v reaktore pohybujú v akomkoľvek čase. Následne spojili simuláciu častíc s modelom reaktora, aby vytvorili 3D vizualizáciu.
Komplikáciou pre vedcov bolo, že všetky kalkulácie museli vytvoriť v reálnom čase. Na vytvorenie len jedného obrázku vedci museli vypočítať trajektórie tisícov častíc. Rendering simulácie malo na starosti päť počítačov, každý s dvoma výkonnými grafickými kartami.
Realistické obrázky
Nakoniec však vedci získali mimoriadne realistické obrázky s vysokou kvalitou. Na záberoch môžeš vidieť injekčné zariadenie, ktoré do tokamaku pridáva častice. Zároveň uvidíš aj grafitové doštičky, ktoré dokážu ustáť teploty viac ako 100-miliónov stupňov Celzia. Pre lepšiu predstavu, simulácie ukazujú aj veľkosť človeka. Reaktor je približne dvakrát tak veľký. Postupom času sa v reaktore objavujú tisíce častíc, ktoré krúžia okolo reaktoru a naháňajú sa medzi sebou. Elektróny sú zobrazené červenou farbou, protóny sú zelené a modré línie naznačujú magnetické pole.
“Fyzika za simuláciou je mimoriadne komplikovaná, tokamaky majú veľa odlišných pohyblivých častí. Medzi ne patria častice s heterogénnym správaním, magnetické polia, plazma, častice zvonka, plyny a ďalšie,” vyjadril sa Paolo Ricci, spoluautor výskumu.
Ricci priznáva, že aj skúsení fyzici majú problém roztriediť všetko, čo sa počas jadrovej fúzie odohráva. V tomto prípade sa však výskumníkom podarilo zachytiť naozaj realistický pohľad na to, čo sa v tokamaku odohráva počas jadrovej fúzie.
3D visualization brings nuclear fusion to life: 17.07.24 – EPFL was selected by the EUROfusion consortium to develop an advanced visualization system for a preliminary process in nuclear fusion. The system is designed to turn reams of… https://t.co/Wteb9pGVjj #swissforextrading
— swissforextrading (@swissforextradi) July 17, 2024
Energetická budúcnosť
Jadrová fúzia ešte nie je niečo, čo by sme mohli aplikovať na prlemyselnej škále a ponúknuť svetu čistú a takmer neobmedzenú energiu. Výskumníci však v tomto odbore napredujú a možno už o pár rokov sa situácia zmení. Dovtedy sa pozerajú aj po alternatívnych spôsoboch získavania elektriny, napríklad solárnych paneloch vo vesmíre.
Komentáre