Fizycy z Korei Południowej w tokamaku KSTAR zdołali utrzymać plazmę w temperaturze wynoszącej 100 milionów stopni Celsjusza przez 48 sekund. Na takie osiągnięcie pozwoliła modernizacja urządzenia, którą KSTAR przeszedł w ostatnich latach.
Koreański Instytut Energii Termojądrowej (KFE) ogłosił, że podczas ostatniej kampanii naukowej w tokamaku KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), która trwała od grudnia 2023 r. do lutego 2024 r., udało się utrzymać plazmę w temperaturze wynoszącej 100 milionów stopni Celsjusza przez 48 sekund.
Co więcej, zespołowi KSTAR udało się również utrzymać plazmę w tzw. trybie H (H-mode) przez 102 sekundy. W tym trybie plazma znacznie dłużej utrzymuje energię, ale jest niestabilna. W pełni sprawna elektrownia termojądrowa ma działać właśnie w takim reżimie, umożliwiającym utrzymanie plazmy o wysokiej temperaturze i dużej gęstości..
Aby skutecznie badać i rozwijać energię termojądrową, konieczne jest opracowanie niezawodnej technologii umożliwiającej utrzymanie plazmy o wysokiej temperaturze i dużej gęstości przez dłuższy czas.
Reakcja termojądrowa, mówiąc w dużym uproszczeniu, polega na złączeniu się dwóch jąder lżejszych atomów (deuter, tryt) w jedno cięższe. Takie połączenie wyzwala ogromną ilość energii. Jednak do przeprowadzenia syntezy termojądrowej (główne źródło energii gwiazd) potrzeba rozgrzać wodór do temperatury około 100 milionów stopni Celsjusza. Tylko wtedy lżejsze atomy będą mogły połączyć się w cięższy. W Słońcu reakcja ta zachodzi przy znacznie niższych temperaturach. Umożliwia to gigantyczne ciśnienie panujące wewnątrz gwiazdy.
Do utrzymywania plazmy w ryzach potrzeba potężnego i stabilnego pola magnetycznego. Z jednego kilograma deuteru, który występuje naturalnie w wodzie morskiej, a tej jest pod dostatkiem, można by zasilić setki tysięcy domostw. Zapewnilibyśmy sobie bezpieczeństwo energetyczne na dekady. Jednak kontrolowanie tych reakcja to wciąż melodia przyszłości.
Naukowcy prowadzą badania nad fuzją od dekad, używając między innymi tokamaków, takich jak KSTAR. Tokamak to konstrukcja opracowana przez Rosjan jeszcze w latach 50. ubiegłego wieku. Pierwsze tego typu urządzenie powstało w Moskwie. Główna komora ma kształt torusa. W jej wnętrzu badacze potrafią wytworzyć niezwykle gorącą plazmę, która utrzymywana jest w ryzach dzięki potężnym elektromagnesom wytwarzającym pole magnetyczne.
Południowokoreańscy fizycy w 2018 roku po raz pierwszy uzyskali w KSTAR plazmę o temperaturze 100 milionów stopni Celsjusza. W 2020 r. udało im się ją utrzymać w takiej temperaturze przez 20 sekund. W kolejnych latach coraz dłużej utrzymywali tak gorącą plazmę. Podczas ostatniej kampanii naukowej utrzymali ją 48 sekund.
Osiągnięcie to było możliwe dzięki modernizacji tokamaka. W ostatnich latach w południowokoreańskim „sztucznym słońcu” poprawiono wydajności systemów ogrzewania plazmy oraz technik jej kontrolowania, co zaowocowało nowym rekordem. Wymieniono m.in., dywertory. To części urządzenia, które maja bezpośredni kontakt z plazmą i których zadaniem jest usuwanie zanieczyszczeń z plazmy. Zainstalowano także komponenty wykorzystujące sztuczną inteligencję w celu poprawy wydajności toakamaka.
- Pomimo tego, że był to pierwszy eksperyment przeprowadzony w środowisku nowych dywertorów wolframowych, dokładne testy sprzętu i przygotowanie kampanii pozwoliły nam osiągnąć wyniki przewyższające te uzyskane w poprzednich eksperymentach – powiedział dr Si-Woo Yoon, dyrektor Centrum badawczego KSTAR.
Ostatecznym celem fizyków pracujących przy KSTAR jest utrzymanie plazmy przy temperaturach przekraczających 100 milionów stopni przez 300 sekund. Zamierzają to osiągnąć do 2026 roku.
Wyniki uzyskane w tokamaku KSTAR są godne podziwu, ale nie są to najlepsze rezultaty osiągnięte w tej dziedzinie. Rekord utrzymania plazmy należy do naukowców z Chin. W 2021 roku uzyskali oni temperaturę plazmy wynoszącą 120 mln stopni Celsjusza i utrzymywali ją przez 101 sekund. Rok później utrzymali plazmę w temperaturze 100 mln st. C. przez 1056 sekund. W ubiegłym roku pochwalili się utrzymaniem plazmy w trybie H przez 403 sekundy.
Źródło: National Research Council of Science & Technology, fot. Korea Institute of Fusion Energy (KFE)
