Korejský jaderný fúzní reaktor dosáhne 100 milionů °C po dobu 30 sekund

Trvalý a stabilní experiment je nejnovějším důkazem toho, že jaderná fúze přechází z fyzikálního problému na technický

Fyzika


7. září 2022

Fúzní reaktor

Korejský experiment pokročilého výzkumu supravodivého Tokamaku

Korea Institute of Fusion Energy

Reakce jaderné fúze trvala 30 sekund při teplotách přesahujících 100 milionů °C. I když samotná doba trvání a teplota nejsou rekordy, současné dosažení tepla a stability nás přibližuje o krok blíže k životaschopnému fúznímu reaktoru – pokud lze použitou techniku ​​rozšířit.

Většina vědců souhlasí s tím, že životaschopná fúzní energie je stále vzdálena desítky let, ale postupné pokroky v porozumění a výsledky stále přicházejí. Experiment provedený v roce 2021 vytvořil reakci dostatečně energickou na to, aby byla soběstačná, koncepční návrhy komerčního reaktoru se připravují, zatímco pokračují práce na velkém experimentálním fúzním reaktoru ITER ve Francii.

Nyní Yong-Su Na na Soulské národní univerzitě v Jižní Koreji a jeho kolegům se podařilo spustit reakci při extrémně vysokých teplotách, které budou nutné pro životaschopný reaktor, a udržet horký, ionizovaný stav hmoty, který se v zařízení vytvoří, stabilní po dobu 30 sekund.

Kontrola této takzvané plazmy je životně důležitá. Pokud se dotkne stěn reaktoru, rychle se ochladí, udusí reakci a způsobí značné poškození komory, která jej drží. Výzkumníci běžně používají různé tvary magnetických polí k zadržení plazmatu – někteří používají bariéru pro transport hran (ETB), která tvaruje plazma s ostrým přerušením tlaku blízko stěny reaktoru, což je stav, který zastavuje únik tepla a plazmatu. Jiné používají vnitřní transportní bariéru (ITB), která vytváří vyšší tlak blíže středu plazmy. Ale obojí může způsobit nestabilitu.

Naův tým použil modifikovanou ITB techniku ​​na zařízení Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR), čímž dosáhl mnohem nižší hustoty plazmy. Zdá se, že jejich přístup zvyšuje teploty v jádru plazmy a snižuje je na okraji, což pravděpodobně prodlouží životnost součástí reaktoru.

Dominic Power z Imperial College London říká, že ke zvýšení energie produkované reaktorem můžete plazmu pořádně zahřát, udělat ji opravdu hustou nebo prodloužit dobu zadržení.

„Tento tým zjišťuje, že omezení hustoty je ve skutečnosti o něco nižší než u tradičních provozních režimů, což nemusí být nutně špatné, protože je to kompenzováno vyššími teplotami v jádře,“ říká. „Je to rozhodně vzrušující, ale panuje velká nejistota ohledně toho, jak dobře se naše chápání fyziky přizpůsobuje větším zařízením. Takže něco jako ITER bude mnohem větší než KSTAR“.

Na říká, že klíčová byla nízká hustota a že „rychlé“ nebo energetičtější ionty v jádru plazmy – takzvané zesílení regulované rychlými ionty (FIRE) – jsou nedílnou součástí stability. Ale tým ještě plně nerozumí mechanismům, které se na tom podílejí.

Reakce byla zastavena po 30 sekundách pouze kvůli omezením hardwaru a v budoucnu by měla být možná delší doba. KSTAR se nyní zastavil kvůli modernizaci, přičemž uhlíkové komponenty na stěně reaktoru byly nahrazeny wolframem, což podle Na zlepší reprodukovatelnost experimentů.

Lee Margetts na univerzitě v Manchesteru ve Velké Británii říká, že fyzika fúzních reaktorů začíná být dobře pochopena, ale že je třeba překonat technické překážky, než bude možné postavit fungující elektrárnu. Součástí toho bude vývoj metod pro odebírání tepla z reaktoru a jeho využití k výrobě elektrického proudu.

“Není to fyzika, je to inženýrství,” říká. „Pokud se nad tím zamyslíte jen z pohledu plynové nebo uhelné elektrárny, pokud byste neměli čím odebírat teplo, pak by lidé, kteří ji provozují, řekli: „Musíme přejít vypne se, protože se příliš zahřeje a roztaví elektrárnu“ a přesně taková je situace zde.“

Brian Appelbe na Imperial College London souhlasí s tím, že vědecké výzvy, které zbyly ve výzkumu fúze, by měly být dosažitelné a že FIRE je krokem vpřed, ale že komercializace bude obtížná.

“Přístup k magnetické fúzi má za sebou dlouhou historii vývoje, aby vyřešil další problém, se kterým se setkává,” říká. “Ale věc, která mě trochu znervózňuje nebo znervózňuje, jsou technické problémy při stavbě ekonomické elektrárny založené na tomto.”

Odkaz na deník: Příroda, DOI: 10.1038/s41586-022-05008-1

Více o těchto tématech:

.

Leave a Comment

Your email address will not be published.