Dodano: 07 styczeń 2022r.

Rekord utrzymania plazmy w chińskim tokamaku EAST

W eksperymentalnym tokamaku EAST naukowcy zdołali utrzymać rozgrzaną do 70 milionów stopni Celsjusza plazmę przez 17 minut i 36 sekund. To rekordowe osiągnięcie przybliża nas do ujarzmienia procesu fuzji jądrowej, który może być bezpiecznym, czystym i tanim źródłem energii na Ziemi.

Tokamak EAST

 

Fuzja jądrowa może być kluczem do uzyskania czystej, nieograniczonej i taniej energii. To reakcja napędzająca nasze Słońce i inne gwiazdy. Gdyby udało się odtworzyć ten proces na Ziemi, 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.

Jednak kontrolowanie reakcji termojądrowych nie jest łatwe. Od lat głowią się na tym najtęższe umysły na świecie, ale jak do tej pory w żadnym eksperymencie nie udało się uzyskać dodatniego bilansu energetycznego.

Ostatnie osiągnięcia naukowców z Instytutu Fizyki Plazmy Chińskiej Akademii Nauk przybliża nas do opanowania kontrolowanej reakcji termojądrowej. W tokamaku EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak) w Hefei utrzymano plazmę przez rekordowo długi czas 17 minut i 36 sekund.

Fuzja jądrowa

W dużym uproszczeniu fuzja jądrowa polega na łączeniu lżejszych jąder atomów (deuter, tryt) w cięższe. Wewnątrz atomów znajdują się potężne pokłady energii, które zostają uwolnione podczas takiej reakcji. Jednak wymaga ona bardzo wysokich temperatur.

Do przeprowadzenia syntezy termojądrowej potrzebne są temperatury sięgające 100 milionów stopni Celsjusza. Tylko wtedy lżejsze atomy będą mogły połączyć się w cięższy. A do utrzymywania plazmy w ryzach potrzeba potężnego i stabilnego pola magnetycznego. Energia wytworzona przez reakcję termojądrową powinna utrzymać temperaturę, a nadmiar ciepła może zostać przetworzony na energię elektryczną.

Chiński „sztuczne Słońce”

Reaktory termojądrowe wymagają bardzo wysokich temperatur — wielokrotnie wyższych niż na Słońcu. Wszystko dlatego, że muszą działać przy znacznie niższym ciśnieniu niż tam, gdzie fuzja zachodzi naturalnie, czyli w gwiazdach. To tam jądra wodoru łączą się w jądra helu wytwarzając przy tym ogromne ilości energii.

Podgrzewanie plazmy do temperatur wyższych niż na Słońcu jest stosunkowo łatwą częścią tego procesu, ale znalezienie sposobu na jej utrzymanie, aby nie przepaliła ścian reaktora (zarówno za pomocą laserów, jak i pól magnetycznych) bez zrujnowania procesu syntezy, jest technicznie trudne. Do tego plazma w takich temperaturach zachowuje się chaotycznie, jest turbulentna i mało stabilna.

- Nasza niedawna operacja kładzie solidne naukowe podstawy do uruchomienia reaktora termojądrowego – powiedział w oświadczeniu kierujący eksperymentami EAST Gong Xianzu, badacz z Instytutu Fizyki Plazmy Chińskiej Akademii Nauk cytowany przez rządową agencję prasową Xinhua. - Osiągnęliśmy temperaturę plazmy 120 milionów stopni Celsjusza i utrzymaliśmy ją przez 101 sekund w eksperymencie w pierwszej połowie 2021 roku. Teraz stabilna praca plazmy była utrzymywana przez 1056 sekund w temperaturze około 70 milionów stopni Celsjusza – dodał Gong.

Ostatecznym celem reaktora EAST, nazywanego w Państwie Środka „sztucznym Słońcem, jest osiągnięcie kontrolowanej syntezy jądrowej, przy użyciu deuteru, którego pod dostatkiem jest w morzach, aby zapewnić stały strumień czystej energii. W przeciwieństwie do paliw kopalnych, takich jak węgiel, ropa i gaz ziemny, które nie są surowcem odnawialnym i stanowią zagrożenie dla środowiska, materiały potrzebne do zasilenia „sztucznego słońca” są na ziemi niemal nieograniczone. Dlatego energia płynąca z syntezy jądrowej jest uważana za idealną „energię ostateczną” dla przyszłości ludzkości.

Chiny mają ambitny program rozwoju syntezy jądrowej i mają spore osiągnięcia na tym polu. Planują budowę nowego tokamaka i oddanie go do użytku na początku przyszłej dekady. Uczestniczą też w międzynarodowym projekcie ITER – budowanym we Francji największym na świecie reaktorze termojądrowym. Zresztą eksperymenty prowadzone w EAST będą miały duże znaczenie w rozwoju syntezy jądrowej, gdy już ITER będzie gotowy, czyli w 2025 roku.

 

Źródło: Xinhua, Lice Science