Fúzní energie vyráběná ve stelarátoru je již nějakou dobu zkoumána jako možný způsob výroby udržitelné a obnovitelné energie.
Fúzní energie je energie, která pohání Slunce a hvězdy v našem vesmíru. Na rozdíl od štěpení, při kterém dochází k rozštěpení atomů, při fúzi dochází ke spojení lehkých atomových jader za vzniku těžšího jádra, přičemž se uvolňuje energie. Tato reakce, která přirozeně probíhá ve hvězdách, má potenciál poskytnout na Zemi téměř neomezený zdroj čisté energie. Znovuvytvoření těchto podmínek na naší planetě se však ukázalo jako obrovská výzva.
Jedním z hlavních problémů, kterým vědci při výrobě energie z jaderné fúze čelí, je zajistit, aby si plazma udrželo teplo a zůstalo stabilní v magnetickém poli. Nedávné inovace v oblasti energie z jaderné syntézy využívají software k výpočtu optimálních podmínek pro výrobu energie z jaderné syntézy. Tyto kódy však mají své vlastní problémy.
Proces výroby fúzní energie obvykle spotřebovává více energie, než kolik se jí vyrobí, a to za neúměrně vysoké náklady. Nyní bylo představeno potenciální řešení rovnováhy mezi inženýrstvím a vědou, které energie z jaderné syntézy vyžaduje, a které mění situaci v oblasti energie z jaderné syntézy.
Optimalizace fúze prostřednictvím programování
Vědci z Princetonské laboratoře fyziky plazmatu (PPPL) v USA vyvinuli kód nazvaný QUADCOIL, který má vědcům pomoci určit optimální podmínky pro ohřev plazmatu a využití výsledné fúzní energie.
Laboratoř Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) poprvé přišla s myšlenkou vytvořit stelarátory (systémy, v nichž by mohla vznikat fúzní energie) před 70 lety. Tyto systémy využívají magnety k ohřevu plazmatu a jeho přeměně na elektrickou energii (podobně jako tento potenciálně revoluční energetický systém využívající magnety).
QUADCOIL funguje tak, že zhruba vypočítá, které tvary plazmatu bude nejjednodušší a nejlevnější přeměnit na fúzní energii. QUADCOIL je určen k použití v rané fázi procesu výroby energie z jaderné fúze, aby bylo možné vyřadit neživotaschopné tvary plazmatu a identifikovat ty životaschopné.
QUADCOIL převrací celý průmysl naruby
Bez systému QUADCOIL může typický proces identifikace životaschopných tvarů plazmatu trvat 20 minut až několik hodin. QUADCOILu to trvá pouhých 10 sekund. Kód pomáhá vědcům rychle upravit jejich systémy předtím, než se investuje do vývoje magnetů pro konkrétní úkol.
QUADCOIL je také flexibilní. Vědci mohou zadávat technické specifikace, jako jsou informace týkající se požadovaného materiálu a tvaru magnetů, a také topologie magnetů. Na základě vstupních kritérií pak kód vygeneruje optimální tvary magnetů tak, aby vyhovovaly potřebám vědců.
Efektivní proces výroby energie z jaderné fúze
QUADCOIL znamená posun od tradičních výpočetních prostředků identifikace optimálních tvarů plazmatu pro jadernou fúzi. Tradiční výpočetní návrhy fungují na základě dvoustupňového procesu.
Nejprve počítač určí tvar plazmatu s potřebnými vlastnostmi. Poté jiný počítač vypočítá optimální tvar a konstrukci magnetu potřebného k vytvoření fúze z identifikovaného plazmatu. Tyto dva systémy spolu příliš nekomunikují.
https://twitter.com/BrianRoemmele/status/1896100901557059971
QUADCOIL to mění. Obě fáze procesu pracují ruku v ruce, kombinují vědu s inženýrstvím a rychle poskytují hrubé výsledky, které umožňují předběžné posouzení systému.
Systém QUADCOIL dokáže také vypočítat zakřivení magnetů a velikost magnetické síly, která na ně působí, což jiné kódy nedokázaly.
Co může QUADCOIL znamenat pro budoucnost obnovitelných zdrojů energie
Vzhledem k tomu, že jednotlivé fáze QUADCOILu pracují v tandemu, kód negeneruje návrhy magnetů, které jsou příliš složité na to, aby je bylo možné realizovat a ekonomicky postavit. QUADCOIL tak má potenciál výrazně snížit energetické a kapitálové nároky na výrobu energie z jaderné fúze.
QUADCOIL nás přibližuje k výrobě fúzních zařízení se stelarátory, která mohou ve velkém měřítku vyrábět energii z fúze za nižší náklady. Vzhledem k tomu, že se v oblasti fúzní energie stále objevují inovace (jako například nedávný vývoj baterie o teplotě 5000 stupňů Celsia), bude zajímavé sledovat, jak QUADCOIL napomůže rozvoji této technologie.
Úspěšné zavedení energie z jaderné syntézy by navíc mohlo způsobit revoluci v celosvětovém energetickém prostředí a poskytnout čistý, bezpečný a prakticky neomezený zdroj energie. To by výrazně snížilo naši závislost na fosilních palivech, snížilo emise skleníkových plynů a pomohlo v boji proti změně klimatu. Příslib energie z jaderné syntézy není jen vědeckým počinem, ale zásadním krokem k udržitelné budoucnosti.