Sila fúznej energie môže byť konečne odomknutá vďaka novej aktualizácii fyziky

Vo svete obnoviteľnej energie snáď neexistuje ambicióznejší cieľ ako energia z jadrovej syntézy. Zahŕňa fúziu atómov vodíka za vzniku hélia – proces, ktorý vo výsledku generuje nezredukovateľné množstvo energie. Ide o reakciu, ktorá na Slnku prebieha neustále, no je to zriedkavý a ťažko opakovateľný proces na Zemi. Ak však budeme úspešní, budeme mať prístup k čistému zdroju obnoviteľnej elektriny, ktorý pokryje naše neustále sa zvyšujúce energetické potreby.

Za týmto účelom výskumníci sledujú fenomén nazývaný „vznietenie“, ku ktorému dochádza, keď fúzny reaktor generuje viac energie, než je potrebné na vytvorenie počiatočnej reakcie. Na dosiahnutie tohto cieľa sa vyvíja veľké úsilie, vrátane medzinárodného termonukleárneho experimentálneho reaktora (ITER) vo Francúzsku. Toto úsilie využíva silné magnety v stroji zvanom tokamak na vytvorenie prehriatej plazmy vytvorenej pomocou vodíkového paliva.

Ale v tom je jeden bod: Existuje len toľko vodíkového paliva, ktoré môžete dať do tokamaku, kým sa všetko strašne pokazí.

„Jedným z limitov výroby plazmy vo vnútri tokamaku je množstvo vodíkového paliva, ktoré doň môžete vložiť,“ povedal Paolo Ricci, výskumník zo Švajčiarskeho plazmového centra. uviedol v tlačovej správe, „Od prvých dní fúzie vieme, že ak sa pokúsite zvýšiť hustotu paliva, v určitom bode povieme ‚disociácia‘ – v podstate úplne stratíte ohraničenie a plazma sa dostane kamkoľvek.“

Aby sa tento problém vyriešil, vedci začali skúmať rôzne rovnice na meranie maximálneho množstva vodíka vo vnútri tokamaku pred rozpustením. Zákon, ktorý sa nakoniec ujal a stal sa základom vo svete výskumu fúzie, je známy ako „Greenwaldov limit“, ktorý hovorí, že množstvo paliva, ktoré tokamak používa, priamo súvisí s polomerom stroja. Výskumníci stojaci za ITERom dokonca na základe tohto zákona vyrobili vlastný stroj.

Greenwaldov limit však tiež nebol správny.

„Greenwaldov limit je to, čo nazývame „empirický“ limit alebo zákon, čo v podstate znamená, že je to ako orientačné pravidlo založené na pozorovaniach uskutočnených pri predchádzajúcich experimentoch,“ povedal profesor z Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii. Alex Zilstra, experimentátor fyzik, povedal denníku The Daily Beast v e-maile. „Sú veľmi užitočné, ale vždy musíme byť opatrní pri ich aplikácii vo vonkajších situáciách, kde máme údaje z experimentov.“

Preto Ricci a jeho tím spochybňujú toto dlhoročné presvedčenie nový papier Uverejnené 6. mája v časopise Fyzický prehľadový list. V ňom veria, že Greenwaldov limit možno v skutočnosti zvýšiť asi dvojnásobne – takmer zdvojnásobiť množstvo vodíkového paliva, ktoré ide do tokamaku na výrobu plazmy. Ich zistenia by mohli položiť základy pre budúce fúzne reaktory, ako je DEMO – nástupca ITER, ktorý je v súčasnosti vo vývoji – aby konečne dosiahli zapálenie.

„Je to dôležité, pretože to ukazuje, že hustota, ktorú môžete dosiahnuť v tokamaku, sa zvyšuje s výkonom, ktorý potrebujete na jeho pohon,“ povedal Ricci. „V skutočnosti bude demo fungovať pri oveľa vyššom výkone ako súčasné tokamaky a ITER, čo znamená, že môžete pridať väčšiu hustotu paliva bez obmedzenia výkonu, čo je v rozpore s Greenwaldovým zákonom. A to je skvelá správa.“

Zylstra verí, že zistenia tímu sú dôležité, pretože vrhajú svetlo na to, prečo majú fúzne reaktory vlastne taký limit. Ukazuje tiež, že návrhy tokamakusov ako ITER alebo DEMO môžu byť „menej obmedzené ako predtým“. S dvojnásobným zvýšením hustoty paliva by to mohlo viesť k obrovskému zlepšeniu ich výkonu tokamakom – a nakoniec k vznieteniu nás.

„Fúzia je mimoriadne náročný problém – vedecky aj technicky a vyžaduje si veľa pokrokov, aby sa energia z jadrovej syntézy stala realitou,“ povedal Zillstra. „Ak bude táto štúdia ďalej overená, najmä na strojoch ako ITER, určite to pomôže komunite magnetickej fúzie spoľahlivo navrhnúť a optimalizovať budúce návrhy pre experimentálne zariadenia a zariadenia na výrobu energie.“