Кинескиот нуклеарен фузиски реактор „EAST“ успешно ја одржа плазмата стабилна при екстремни густини, остварувајќи голем исчекор во областа на нуклеарната фузија и потенцијално приближувајќи го човештвото до користење речиси неограничена чиста енергија.
Често нарекуван и „вештачко Сонце“, кинескиот реактор за нуклеарна фузија проби важна граница со активирање на плазма надвор од вообичаениот оперативен опсег, со што го унапреди и онака бавниот напредок на човештвото кон речиси неограничена чиста енергија.
Експерименталниот напреден суперспроводнички токамак „EAST“ ја одржа плазмата – високоенергетската четврта агрегатна состојба на материјата – стабилна при екстремни густини, што претходно се сметаше за една од најголемите пречки во развојот на нуклеарната фузија, соопшти Кинеската академија на науки.
„Овие наоди укажуваат на практичен и скалабилен пат за проширување на границите на густината кај токамаците и фузиските уреди од следната генерација со запалена плазма“, изјави коавторот на студијата, Пинг Џу, професор на Факултетот за електротехника и електронско инженерство при Универзитетот за наука и технологија на Кина.
Нуклеарната фузија нуди потенцијал за речиси неограничена чиста енергија, односно енергија без големи количини нуклеарен отпад или емисии на стакленички гасови што настануваат при согорување на фосилни горива. Новите наоди, објавени во списанието „Science Advances“, би можеле значително да го приближат човештвото до отклучување на овој извор на енергија.
Сепак, технологијата на нуклеарна фузија се развива веќе повеќе од 70 години и сè уште во голема мера останува експериментална наука, при што реакторите обично трошат повеќе енергија отколку што произведуваат.
Фузиските реактори се дизајнирани да спојат два лесни атоми во еден потежок атом со помош на топлина и притисок. На тој начин ги репродуцираат процесите што се одвиваат на Сонцето. Меѓутоа, Сонцето има далеку поголем притисок од реакторите на Земјата, па научниците тоа го надоместуваат со задржување на жешката плазма на температури значително повисоки од сончевите.
Кинескиот „EAST“ е реактор со магнетно задржување, односно „токамак“, осмислен да одржува континуирано согорување на плазмата во подолги временски периоди. Реакторот ја загрева плазмата и ја задржува во комора во форма на крофна, користејќи силни магнетни полиња. Токамак реакторите сè уште не ја достигнале точката на палење на фузијата – моментот кога фузијата станува самоодржлива – но реакторот „EAST“ постепено го зголемува времето во кое може да одржува стабилна, силно ограничена плазмена јамка.
Една од главните пречки за истражувачите во фузијата е границата на густина позната како Гринвалдова граница, над која плазмата обично станува нестабилна. Оваа граница претставува проблем бидејќи, иако поголемата густина на плазмата овозможува почести судири меѓу атомите и со тоа го намалува енергетскиот трошок за палење, нестабилноста го прекинува фузискиот процес.
За да ја надминат Гринвалдовата граница, кинеските научници внимателно ја управувале интеракцијата меѓу плазмата и ѕидовите на реакторот, контролирајќи два клучни параметри при стартување на реакторот: почетниот притисок на горивниот гас и загревањето преку електронска циклотронска резонанца, односно фреквенцијата при која електроните во плазмата апсорбираат микробранови. На тој начин, плазмата останала стабилна при екстремни густини од 1,3 до 1,65 пати над Гринвалдовата граница, што е значително над вообичаениот оперативен опсег на токамаците од 0,8 до 1.
Ова не е првпат Гринвалдовата граница да биде надмината. На пример, токамакот на Националниот фузиски објект на американското Министерство за енергетика во Сан Диего ја проби оваа граница во 2022 година, а во 2024 година истражувачи од Универзитетот Висконсин – Медисон објавија дека одржале стабилна токамак плазма на околу десет пати повисока вредност од Гринвалдовата граница користејќи експериментален уред.
Сепак, пробивот остварен во „EAST“ им овозможи на истражувачите првпат да ја загреат плазмата до претходно теоретски предвидената состојба наречена „режим без ограничување на густината“, во кој плазмата останува стабилна и со зголемување на густината. Истражувањето се темели на теоријата за саморганизација на плазмата и ѕидот (plasma-wall self-organization, PWCO), која сугерира дека режимот без ограничување на густината е можен кога интеракцијата меѓу плазмата и ѕидовите на реакторот е внимателно урамнотежена, се наведува во соопштението.
Напредокот постигнат во Кина и во САД ќе влијае врз развојот на нови реактори. Двете земји се членки на програмата „ITER“ – Меѓународниот термонуклеарен експериментален реактор – соработка на десетици држави за изградба на најголемиот токамак во светот, во Франција.
„ITER“ ќе биде уште еден експериментален реактор, дизајниран за создавање долготрајна фузија за истражувачки цели, но би можел да го трасира патот кон фузиски електрани. Се очекува „ITER“ да започне со производство на фузиски реакции во полн обем во 2039 година.
