Vyriešili problém, ktorý brzdil jadrovú fúziu 70 rokov. Vedci objavili spôsob, ako udržať plazmu pod kontrolou
Výskumníci dokázali vyriešiť 70 rokov starý problém s fúznym reaktorom stellarator.
Jadrová fúzia sa považuje mnohými odborníkmi za spôsob, ako získať prakticky neobmedzenú a hlavne čistú energiu, no dosiahnuť stabilnú fúziu je už desaťročia problém. Nový výskum vedcov z University of Texas nás môže posunúť bližšie k tomuto cieľu.
Ako autori štúdie poznamenávajú, jeden z najväčších problémov fúzie je nájsť spôsob, ako udržať vysokoenergetické častice vo vnútri fúzneho reaktora. Keď začnú alfa častice z reaktora unikať, zabráni to plazme, aby sa stala dostatočne horúca a hustá na to, aby dokázala udržať fúznu reakciu.
Výskumníci vytvárajú komplikované magnetické systémy na to, aby dokázali zabrániť alfa časticiam v úniku. V magnetickom poli ale môžu často vznikať medzery. Teoreticky dokážu simulovať kde tieto medzery vzniknú a eliminovať ich, no na to potrebujú obrovské množstvo výpočtového času.
Na ceste k jadrovej fúzii
Autori novej štúdie ale objavili skratku, ktorá im dovolila vytvoriť magnetické pole bez medzier desaťkrát rýchlejšie, než štandardnou metódou. Pri použítí tejto metódy zároveň nemusia obetovať presnosť.
“Hoci stále existuje niekoľko veľkých problémov, naša práca efektívne adresuje najväčší problém, ktorý je typický pre tento typ fúzneho reaktoru. Ide o model stellarator, ktorý bol predstavený ešte v 50. rokoch minulého storočia. Čo je ale najviac fascinujúce je, že sa nám podarilo vyriešiť problém, ktorý ostával otvorený takmer 70 rokov,” Vyjadril sa Josh Burby, jeden z autorov štúdie.
Svoju prácu vníma Burby ako zmenu paradigmy v tom, ako výskumníci budú navrhovať tieto reaktory do budúcna. Stellarator je fúzny reaktor, ktorý využíva externé cievky na prenášanie elektrických prúdov. Tie generujú magnetické pole a uväzňujú plazmu a vysokoenergetické častice. Tento systém sa častokrát opisuje aj ako “magnetická fľaša”.
Neprehliadni
Pomocou Newtonových pohybových zákonov výskumníci dokážu zistiť, kde sa v magnetickej fľaši objavia diery. Ide o mimoriadne presnú metódu, no tá vyžaduje obrovské množstvo výpočtového času. Túto prácu komplikuje aj fakt, že pri navrhovaní stellarator reaktora musia typicky výskumníci simulovať státisíce rôznych dizajnov. Napríklad upravujú externé cievky tak, aby sa diery v magnetickej fľaši uzavreli.
Výskumníci sa pokúšajú šetriť čas a peniaze tým, že pravidelne využívajú jednoduchšie metódy na odhadnutie toho, kde by sa diery mohli nachádzať. Na to používajú teóriu, ktorú nazývajú perturbačná teória. Ide ale o menej presnú metódu, ktorá spomaľuje vývoj stellarator reaktorov.
“Momentálne neexistuje praktický spôsob, ako by sme mohli nájsť teoretickú odpoveď na problém unikajúcich alfa častíc. Priama aplikácia Newtonových zákonov je príliš drahá. Perturbačné metódy vedú k hrubým chybám. Naša teória je prvá, ktorá odstraňuje problémy,” hovorí Burby.
Nová metóda môže pomôcť vyriešiť podobné, no trošku odlišné problémy, ktoré sa týkajú iného typu reaktora, Tokamaku. Ide o reaktor, ktorý má tvar obrovského donuta. V tomto prípade problém predstavujú elektróny, ktoré môžu uniknúť a preraziť dieru v okolitých stenách reaktora. Táto metóda môže opäť pomôcť predpovedať, kde diery vzniknú a následne zabrániť, aby elektróny unikli.
Jadrová fúzia sa posúva vpred
Ďalší dôležitý prelom v jadrovej fúzii prišiel ešte vo februári tohto roka. Za týmto úspechom stáli Francúzi, ktorí dokázali v reaktore WEST udržať plazmovú reakciu po dobu 1337 sekúnd, čo predstavuje nový významný technologický míľnik. Tento úspech, ktorý prekonal predchádzajúci rekord o 25%, je dôležitým krokom k dosiahnutiu cieľa, ktorým je komerčne využiteľná fúzna energia.
WEST (Tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak) je experimentálny fúzny reaktor prevádzkovaný Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) v Cadarache na juhu Francúzska. Počas rekordu bolo do reaktora injektovaných 2 MW vykurovacieho výkonu, čo umožnilo udržať stabilnú plazmovú reakciu bez poškodenia komponentov reaktora. Ako funguje sa môžeš dočítať v tomto článku.
Komentáre