Jaderná fúze, stejná reakce, která pohání Slunce, byla po mnoho let předpovídána jako konečný zdroj čisté energie.
Protože jaderná fúze má potenciál vyrábět obrovské množství energie z minimálního množství paliva s nulovými emisemi skleníkových plynů, změní způsob, jakým budeme napájet svět.
Transformace technologie jaderné fúze
Dosažení jaderné fúze na Zemi je praktické pouze za velmi extrémních podmínek, například při teplotách plazmatu nad stovkami milionů stupňů Celsia. Toto plazma, plyn tvořený horkou elektricky nabitou hmotou, musí být udržováno ve stabilním stavu pod silným magnetickým omezením.
Klíčovým úkolem bylo překonat Greenwaldův limit, který omezuje počet plazmatu v reaktorech tokamak, což jsou reaktory ve tvaru koblihy, které jsou jádrem výzkumu jaderné fúze. Americkým vědcům ze společnosti General Atomics se nedávno podařil průlom, tj. překonání Greenwaldova limitu o 20 % při stejné kvalitě plazmatu, která je o 50 % vyšší než u konvenčního režimu s vysokou konfinencí.
Související článek
Tento pokrok má pro technologii jaderné syntézy zásadní význam, neboť odstraňuje hlavní překážku bránící pokroku. Vytváří cestu k účinnějším konstrukcím reaktorů, které jsou schopny dlouhodobě udržovat plazmu o vysoké hustotě, jež je potřebná pro čisté fúzní reakce.
Řešení energetické neefektivnosti pomocí inovací
Nestability ve vnější části plazmatu, které ohrožují provozní schopnosti reaktoru a následný únik energie, jsou dlouhodobým problémem. Tým General Atomics prokázal novou synergii mezi zvýšenou hustotou plazmatu a lepší stabilitou, což vede ke stabilnějšímu uzavření, v němž mohou relativně snadno probíhat fúzní reakce.
Tento výsledek naznačuje, že by mohlo být možné navrhnout budoucí reaktory tak, aby se optimalizovaly podmínky s menším narušením, čímž by se příslib praktické fúzní energie přiblížil realitě (stejně jako fúzní reaktor, který produkuje 600 milionů neutronů za sekundu).
Další slibný pokrok pochází z Princetonské laboratoře fyziky plazmatu (PPPL), kde se výzkumníci zabývali problémem ztrát energie způsobených nežádoucími elektromagnetickými vlnami, tzv. pomalými módy.
Výzkumníci zjistili, že umístěním Faradayovy clony, kovového pláště, pod určitým úhlem lze tyto vlny, které odčerpávají energii, zablokovat, zatímco účinné ohřívací vlny procházejí. Tato inovace představuje pokročilý přístup ke zvýšení teploty plazmatu a také účinnosti fúzní reakce.
Klíčem je dosažení teplotní rovnováhy
Jaderná fúze potřebuje k úspěchu skutečně výjimečnou teplotní rovnováhu v plazmatu. Přestože jádro musí být zahřáté na stovky milionů stupňů Celsia, aby se jaderná fúze udržela, vnější hranice musí zůstat pod bodem mrazu, aby byly chráněny součásti reaktoru.
Díky pochopení toho, jak zachovat tento teplotní gradient, poskytují poznatky týmu General Atomics tolik potřebný vhled do konstrukce kompaktních, účinných a vysoce spolehlivých reaktorů. Stejně tak výsledky PPPL týkající se Faradayových obrazovek poskytují inovativní cestu k optimalizaci řízení parametrů.
Výběr pomalých režimů výzkumníky umožňuje zlepšit tepelnou účinnost, která usnadňuje dosažení konečných vysokých teplot potřebných pro reakci jaderné fúze. Tento vývoj nás nejen posouvá blíže ke komerčnímu využití jaderné fúze, ale také řeší základní technické problémy, které vědce trápí již mnoho let.
Sen o využití energie Slunce na Zemi už není jen teoretický (stejně jako toto umělé Slunce, které znovu osvětluje Čína). Pokroky ve schopnosti překonat Greenwaldův limit, kontrolovat nestabilitu plazmatu a dosáhnout relativně přesné regulace teploty přibližují fúzní energii do oblasti komerčně využitelné energie.
Přestože je stále třeba splnit některé úkoly, práce, kterou vykonali výzkumníci ve společnostech General Atomics a PPPL, je jasným důkazem, že budoucnost poháněná čistou a nevyčerpatelnou energií z jaderné fúze je možná.