Čínská inovace v oblasti jaderné fúze, síla Slunce, je hnací silou celosvětového výzkumu a pokroku v oblasti energetiky. Od minimalistického zařízení Chixiao až po superoké digitální dvojče tokamaku HL-3. Tyto technologie začínají realizovat umělé slunce tokamaku, které je energetickým udržovatelem jaderného průmyslu.
Jedním z nejobtížnějších problémů umělého slunce je vývoj materiálů dostatečně odolných, aby přežily energii plazmatu. Částice plazmatu, které jsou motorem jaderné fúze, poskytují extrémně vysokou teplotu a tlak, a proto je nutné, aby stěny reaktoru byly odolné vůči extrémnímu, drsnému prostředí.
Zařízení Chixiao, zkonstruované v Hefei Institutes of Physical Sciences (HFIPS) Čínské akademie věd (CAS), nabízí průkopnický přístup. Toto 15,5 m dlouhé a -tonové zařízení pro generování lineárního plazmatu s 1024 částicemi m-2 s-1 , pojmenované podle jednoho z čínských bájných mečů kvůli jeho hladkému tvaru, může dodávat nepřetržitý proud po dobu více než 24 hodin.
Jeho stavba stála více než pět let, určil ji tým vedený Zhou Haishanem. Chixiao má zajistit spolehlivé a důkladné testování materiálů pro umělé slunce příští generace, čínský fúzní technický testovací reaktor (CFETR).
Odborná komise 16. ledna 2024 schválila, že technologie splňuje všechny konstrukční specifikace, čímž se Čína zařadila na druhé místo (po Nizozemsku), kde je její technologie doma. Značná degradace materiálu v důsledku proudění částic plazmatu.
Replikace těchto experimentálních podmínek umožňuje výzkumníkům vytvořit odolnější a trvanlivější materiály, což v budoucnu otevírá cestu k nepřetržité výrobě elektřiny z jaderné fúze. Protože zařízení může navíc pracovat delší dobu, je cenným nástrojem pro mezinárodní výzkumnou spolupráci.
Čínský tokamak HL-3 čelí nejtěžším zkouškám fúze
Čínské pokroky v oblasti umělého slunce nekončí projektem Chixiao. Nejmodernější tokamak pro jadernou fúzi s magnetickým udržením HL-3 nedávno zahájil sérii fyzikálních experimentů využívajících nový systém digitálních dvojčat. Tato superokulární technologie dokáže zajistit monitorování a řízení v reálném čase a vyřešit následující klíčové problémy v postupu fúze.
Klíčovým úkolem je pečení vakuové nádoby, která je nezbytná pro zadržení plazmatu, neboť zajišťuje cílový teplotní stav. Architektura digitálního dvojčete vytváří přesný digitální model vakuové komory na základě údajů z ohřívače a fyzikálních teplotních čidel, aby bylo možné sledovat rozložení teploty.
Pomocí algoritmů virtuálních senzorů poskytuje vysokou přesnost a zpětnou vazbu v reálném čase, čímž zaručuje bezpečný a stabilní provoz komory v uzavřené smyčce. Tato inovace nejen zvyšuje účinnost, ale také přináší určité pochopení jevu zvláštního efektu při plazmových experimentech (stejně jako čínská výzva vyrábět nejvzácnější energii na Měsíci).
Schopnosti systému detekovat anomálie a optimalizovat procesy jsou důležitým krokem k realizaci inteligentního řízení fúzních zařízení. Kromě toho internacionalizace spojená s růstem HL-3, jako je Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor (ITER), vyjadřuje jeho přínos k rozvoji celosvětového výzkumu jaderné fúze.
Významný pokrok, který může změnit celosvětovou energetiku
Kombinovaný efekt Chixiao a HL-3 zdůrazňuje, že Čína stále vyvíjí intenzivní výzkumné úsilí směrem k prahům technologie jaderné fúze. Ačkoli se Chixiao zabývá především testováním materiálů, které mají čelit drsnému útoku plazmatu, digitální dvojče systému HL-3 se zaměřuje na přesné monitorování a řízení fúzních procesů.
Zabývají se efektem podivného efektu, který je ve vědecké komunitě pozorován již mnoho let, a navrhují způsoby, jak zvýšit odolnost materiálů vůči poškození z hlediska jejich životnosti a odolnosti vůči degradaci jejich provozních schopností.
Žádný z těchto vývojových trendů sám o sobě nepředstavuje vědeckou revoluci, ale má také schopnost způsobit revoluci v energetickém průmyslu. Replikováním procesu sluneční fúze nás dnes Čína a její globální partneři mohou přiblížit k budoucnosti poháněné čistou a bezplatnou energií – budoucnosti, která může přepsat vztah lidstva k energii a životnímu prostředí.
Otázky materiálu a stability se řeší v čínských tokamacích Chixiao a HL-3, které stojí v čele země v oblasti jaderné fúze. Tyto inovace mají potenciál narušit výrobu energie, a tím by mohly vést k udržitelné budoucnosti zahrnující globální spolupráci (stejně jako nejvýkonnější zdroj energie v historii na Měsíci).