Dodano: 19 listopad 2018r.

Chiny: uzyskano temperaturę plazmy siedem razy wyższą niż we wnętrzu Słońca

Chińscy fizycy poinformowali o przełomie w pracach nad technologią kontrolowanej fuzji jądrowej. Badaczom udało się wytworzyć plazmę o temperaturze ponad 100 milionów stopni Celsjusza. To około siedem razy więcej niż ma wnętrze Słońca.

 

Eksperymenty prowadzone w tokamaku EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), który zyskał przydomek „sztucznego słońca”, przyniosły kolejne sukcesy. Osiągnięcia chińskich naukowców coraz bardziej zbliżają nas do skonstruowania reaktora, dzięki któremu ludzkość zyskałaby dostęp do taniej, czystej i nieograniczonej energii.

Fuzja jądrowa to reakcja napędzająca nasze Słońce. Gdyby udało się odtworzyć ten proces, można by taką energią zasilić miliony gospodarstw domowych. Ludzkość zapewniłaby sobie bezpieczeństwo energetyczne na lata. Do tego proces ten jest przyjazny środowisku, bo nie powstają w nim szkodliwe produkty uboczne, takie jak emisje dwutlenku węgla lub odpady radioaktywne.

 

Przełomowy eksperyment został przeprowadzony w Hefei w Instytucie Fizyki Plazmowej Chińskiej Akademii Nauk, gdzie mieści się tokamak EAST. Naukowcom udało się ogrzać wodór do temperatury ponad 100 milionów stopni Celsjusza. Osiągnięcie to ma kluczowe znaczenie w badaniach nad fuzją jądrową.

Gdy jądra małych atomów łączą się w większe, uwalniają się olbrzymie ilości energii. Jądra te, zazwyczaj ciężsi kuzyni wodoru, czyli deuter i tryt, ​​są naładowane dodatnio i dlatego są odpychane od siebie. Odpychanie to można pokonać w temperaturze stu milionów stopni. Dopiero wtedy zostanie spełniony warunek niezbędny, do zainicjowania syntezy jądrowej. I to właśnie udało się chińskim fizykom.

Osiągnięta w Chinach temperatura jest siedem razy większa od temperatury panującej wewnątrz naszego Słońca. Wewnątrz naszej gwiazdy jądra wodoru łączą się ze sobą w temperaturze 15 milionów st. C. Jednak tam pomaga im dodatkowo olbrzymie ciśnienie. Na Ziemi w tym celu trzeba wytworzyć znacznie wyższą temperaturę.

Chińscy naukowcy pobili swój własny rekord ustanowiony w 2016 roku. Udało im się wtedy osiągnąć temperaturę 50 milionów st. C. Utrzymali ją przez 102 sekundy. W ostatnich eksperymentach plazmę o temperaturze 100 mln st. C. utrzymano zaledwie przez 10 sekund. Tak wysoką temperaturę osiągnięto dzięki sprzężeniu czterech różnych technik grzewczych wykorzystujących zarówno fale, jak i wiązki jonów.

By utrzymać tą piekielnie gorącą „zupę” w ryzach, badacze stosują silne pola magnetyczne – przede wszystkim po to, żeby zjonizowana materia – plazma – była utrzymywana z dala od zwykłej materii. Można powiedzieć, że przybierają rolę izolacji, która oddziela gorącą plazmę od ścian reaktora. Inaczej ściany reaktora i całe urządzenie zwyczajnie wyparowałoby. Im mocniejsze pole magnetyczne, tym ta swoista izolacja staje się bardziej skuteczna. Na tym polu także osiągnięto niedawno sukces.

Pojawienie się przełomowych technologii nadprzewodników wysokotemperaturowych, można wykorzystać do budowy magnesów wytwarzających silniejsze pola magnetyczne niż to było dotychczas możliwe. Może to pomóc w przyspieszeniu prac nad fuzją jądrową. Naukowcy planują wykorzystać technologię do skonstruowania reaktora, który w końcu mógłby dać dodatni bilans energetyczny.

Prace z wykorzystaniem nadprzewodników wysokotemperaturowych prowadzą naukowcy z Massachusetts Institute of Technology's Plasma Science & Fusion Center przy współpracy z badaczami z Commonwealth Fusion Systems. Podwojenie siły pola magnetycznego w urządzeniu termojądrowym pozwala zmniejszyć jego objętość, przy jednoczesnym osiągnięciu tej samej wydajności. Silniejsze pola magnetyczne to szybsza i tańsza fuzja jądrowa.

Badacze prowadzący doświadczenia w eksperymentalnym reaktorze termojądrowym SPARC twierdzą, że zdołają zbudować funkcjonalną siłownie termojądrową w ciągu siedmiu lat.

 

Źródło: Instytut Fizyki Plazmowej Chińskiej Akademii Nauk, Phys.org, fot. Chinese Academy of Sciences