Moc syntezy jądrowej była gorącym marzeniem naukowców, ekologów i futurystów od prawie wieku. Przez ostatnie kilka dziesięcioleci naukowcy próbowali znaleźć sposób na stworzenie zrównoważonych reakcji syntezy jądrowej, które zapewniłyby ludziom czystą, obfitą energię, co ostatecznie przerwałoby naszą zależność od paliw kopalnych i innych nieczystych metod.
W ostatnich latach poczyniono wiele pozytywnych postępów, które zbliżają „erę syntezy jądrowej” do rzeczywistości. Ostatnio naukowcy pracujący z eksperymentalnym zaawansowanym tokamakiem nadprzewodzącym (EAST) - alias. „chińskie sztuczne słońce” - ustanowiło nowy rekord przegrzewając chmury plazmy wodorowej do ponad 100 milionów stopni - temperatury sześciokrotnie wyższej niż samo Słońce!
Podczas gdy naukowcy są zdolni do stapiania atomów wodoru w celu wytworzenia energii, przeszkoda zawsze dochodziła do tak zwanego „punktu progowego”. To tutaj energia wytworzona przez samowystarczalną reakcję syntezy jądrowej jest równa energii potrzebnej do jej zainicjowania. I chociaż nie osiągnęliśmy jeszcze tego punktu, naukowcy cały czas się zbliżają.
Obecnie dwie najpopularniejsze metody wytwarzania energii termojądrowej to inercyjne podejście do zamykania i reaktor tokamak. W pierwszym przypadku lasery są używane do stapiania granulek deuteru (H² lub „ciężki wodór”) w celu utworzenia reakcji stapiania. W tym drugim przypadku proces obejmuje toroidalną komorę ograniczającą, która wykorzystuje pola magnetyczne i prąd wewnętrzny do ograniczania plazmy o wysokiej energii.
Dzięki przegrzaniu tej plazmy i utrzymaniu jej stabilności można stworzyć samopodtrzymującą się reakcję syntezy jądrowej. Podczas gdy inne reaktory tokamak opierają się na cewkach magnetycznych, aby utrzymać torus plazmy stabilny, chiński reaktor EAST polega na polach magnetycznych wytwarzanych przez samą ruchomą plazmę, aby utrzymać torus w ryzach. To sprawia, że jest mniej stabilny, ale umożliwia fizykom zwiększenie poziomów ciepła.
Po czteromiesięcznej kampanii zespół naukowy EAST był w stanie zintegrować cztery rodzaje mocy grzewczej, aby osiągnąć nowy rekord temperatury. Obejmowały one niższe nagrzewanie fali hybrydowej, nagrzewanie elektronowo-cyklotronowe, nagrzewanie jonowo-cyklotronowe i nagrzewanie jonów wiązką neutralną. Za pomocą tych połączonych metod zoptymalizowano profil gęstości prądu plazmy.
Gdy zespołowi naukowemu udało się zoptymalizować sprzężenie czterech różnych technik podgrzewania, udało im się stworzyć chmurę naładowanych cząstek, które zawierały elektrony ogrzane do ponad 100 milionów ° C. Przekroczyły również poziom wtrysku mocy 10 MegaWatów (MW) i podniosły zmagazynowaną energię plazmy do 300 kilodżuli (kJ).
Nie po raz pierwszy naukowcy z CASHIPS donosili o osiągnięciu kamienia milowego syntezy jądrowej. W 2016 r. Zespół ogłosił, że wyprodukował gazowy wodór, który był trzykrotnie cieplejszy niż jądro Słońca (około 50 milionów ° C; 90 milionów ° F) i był w stanie utrzymać tę temperaturę rekordowo 102 sekundy.
Dzięki najnowszemu eksperymentowi zespół EAST nie tylko podwoił temperaturę torusa plazmy (ustanawiając nowy rekord), ale także udało się rozwiązać szereg problemów, które są kluczowe dla osiągnięcia operacji w stanie ustalonym. Na przykład rozwiązali ograniczenie emisji cząstek i mocy, których czas musi być odpowiedni, aby utrzymać trwałą reakcję syntezy jądrowej.
Eksperyment dostarczył również kluczowych danych do walidacji modeli odprowadzania ciepła, transportu i obecnych modeli napędowych, z których wszystkie będą miały kluczowe znaczenie dla realizacji kilku dużych projektów syntezy jądrowej. Należą do nich międzynarodowy eksperymentalny reaktor termojądrowy (ITER), chiński reaktor testowy inżynierii termojądrowej (CFETR) i elektrownia DEMOnstration (DEMO).
Pierwotnie zbudowany w 2006 roku EAST stał się w pełni otwartym obiektem testowym, który pozwala globalnej społeczności naukowej na prowadzenie operacji w stanie ustalonym i badań fizyki. Biorąc pod uwagę, że zespołowi EAST po raz kolejny udało się stworzyć warunki temperaturowe znacznie przewyższające Słońce, przydomek „chińskie sztuczne słońce” wcale nie wydaje się rozciągnięty!
Era czystej energii zbliża się i nie za wcześnie!
