Chiński tokamak utrzymuje plazmę w temperaturze 2,6x wyższej od Słońca przez 17 min

Ten wyczyn to bardzo dobra wiadomość dla postępu w dziedzinie energii termojądrowej i nowy rekord świata dla Chińskiej Akademii Nauk.

Komora w kształcie pączka chińskiego eksperymentalnego tokamaka
Komora w kształcie pączka chińskiego eksperymentalnego tokamaka – urządzenie do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej

Eksperymentalny zaawansowany tokamak nadprzewodzący (EAST) lub „sztuczne słońce” nadzorowane przez Chińską Akademię Nauk utrzymuje 70 milionów stopni Celsjusza (126 milionów °F) przez 1056 sekund.

Plazma wysokotemperaturowa jest krytyczną częścią wielu inicjatyw energii termojądrowej na dużą skalę, które próbują odtworzyć niektóre warunki, sprawiające, że Słońce jest wystarczająco potężnym reaktorem termojądrowym, aby ogrzać nasz układ słoneczny, mając na celu ostatecznie dostarczanie bezpiecznej, czystej energii dla ludzkości.

Ciepło można postrzegać jako energetyczne wibracje atomów, a wibracje te stają się tak ekstremalne w bardzo wysokich temperaturach, że atomy zaczynają losowo zderzać się ze sobą z wystarczającą prędkością, aby zakleszczyć ich jądra, łącząc je i tworząc nowy pierwiastek atomowy.

Jeśli używasz lekkich atomów z dolnego końca układu okresowego – tak jak robi to Słońce, łącząc wodór w hel – nowy atom waży mniej niż pierwotne dwa razem, a różnica w masie jest wyrzucana jako energia cieplna. W jądrze Słońca temperatury sięgające około 27 milionów °C (48,6 miliona °F) co sekundę stapiają około 620 milionów ton wodoru w około 616 milionów ton helu, zamieniając około 4 miliony ton materii w energię.

Mała część tej produkcji dociera w końcu do nas na Ziemię jako promieniowanie elektromagnetyczne, dostarczając nam światła widzialnego, ultrafioletowego, podczerwonego, fal radiowych, promieni X i gamma, a bez tego hojnego daru słonecznego energii, nasze życie nigdy nie byłoby to możliwe.

Reaktory termojądrowe w stylu tokamaka, takie jak Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termojądrowy (ITER), oczywiście nie mają kolosalnej skali i grawitacji Słońca, ale mają na celu podgrzanie atomów wodoru – w szczególności izotopów deuteru i trytu – do punktu, w którym zaczynają rozbijając się, łącząc i uwalniając energię, która może być zarówno zbierana, jak i podtrzymywać reakcję, gdy dodawane są dodatkowe atomy wodoru.

Docelowa temperatura ITER wynosi 150 milionów °C (270 milionów °F). Chiński obiekt EAST, który jest kluczowym uczestnikiem projektu ITER, przebił już ten poziom, osiągając 160 milionów °C (288 milionów °F) przez 20 sekund i utrzymując 120 milionów °C (216 milionów °F) przez 101 sekund w osobnych eksperymentach ogłoszonych w maju ubiegłego roku.

Najnowszy eksperyment przetestował zdolność chińskiego tokamaka do wytrzymywania ekstremalnych temperatur przez dłuższy czas, utrzymując temperaturę 2,6 razy wyższą niż w jądrze Słońca przez około 1056 sekund, czyli 17 minut i 36 sekund. Nikt nigdy wcześniej nie utrzymywał plazmy wysokotemperaturowej przez 1000 sekund, więc jest to ważny kamień milowy.

To naturalne, że zastanawiamy się, w jaki sposób te szalone temperatury mogą istnieć na Ziemi bez powodowania stopienia lub spalenia całego tokamaka. Zasadniczo, pączkowaty kształt wewnętrznej komory tokamaka jest wyłożony najbardziej odpornymi na ciepło materiałami – na przykład wolframem i węglem. Ponieważ nawet one zostałyby zniszczone, gdyby zostały wystawione na działanie setek milionów stopni, przegrzana plazma jest wciskana w sam środek komory, jak najdalej od ścian, za pomocą silnych pól magnetycznych.

Co jednak najważniejsze, te niezwykłe temperatury są osiągane w niewielkiej ilości plazmy w stosunku do wielkości komory, więc energia szybko się rozprasza, zanim dotrze do ścian.

Ważne jest, aby wyjaśnić: EAST nie wywołał tutaj reakcji fuzji, tylko podtrzymywaną, przegrzaną plazmę podobną do tej, która zostanie ostatecznie wykorzystana do wytworzenia fuzji. Więc w tym momencie jest to dalekie do bycia procesem pozytywnym energetycznie. W tym momencie fuzja w stylu tokamaka jest jeszcze wiele lat od tego wzniosłego celu, a obejmujący cały świat projekt ITER został już opisany jako najdroższy eksperyment naukowy wszechczasów i najbardziej skomplikowany projekt inżynieryjny w historii ludzkości, odkąd generuje ciepło z reakcji fuzji, będzie je odprowadzać, zamiast próbować je przechwycić i wykorzystać.

Rzeczywiście, prawdopodobnie będziemy musieli poczekać na następcę obiektu ITER klasy „DEMO”, takiego jak planowany przez EUROfusion, zanim zobaczymy duży tokamak wytwarzający użyteczne ilości energii elektrycznej. Tam, gdzie ITER dąży do wartości Q równej 10 – dostarczając 50 MW energii cieplnej i wytwarzając 500 MW mocy cieplnej brutto, unijny reaktor DEMO dąży do wprowadzenia 80 MW i wytworzenia około 2 GW przy współczynniku Q 25.

➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!

źródło: Instytut Fizyki Plazmy Chińskiej Akademi Nauk za pośrednictwem China Daily | New Atlas