Nadogradnje korejskog fuzionog reaktora ‘veštačkog Sunca’ dale su još jedan rekordan rezultat, sa novim komponentama koje su u stanju da bolje izdrže visoke temperature i izdrže uskovitlanu kuglu plazme od 100 miliona stepeni skoro 50 sekundi.
To je skok od blizu 20 sekundi od reaktora za napredna istraživanja u superprovodnom Tokamak-u (KSTAR), koji je poslednjih godina rušio sopstvene rekorde u tome koliko dugo može da generiše i sadrži ludo vruću plazmu u svom trupu u obliku krofne.
Na 100 miliona stepeni Celzijusa, teški izotopi vodonika u plazmi (vrući oblak jonizovanog gasa) su primorani da se stapaju zajedno, oslobađajući energiju na način koji je sličan onome što se dešava u jezgru Sunca. Međutim, izazov za nuklearnu fuziju – koja obećava čistiju, skoro neograničenu energiju – je da zadrži ovu uvijajuću petlju plazme koristeći magnetna polja.
Najnoviji rezultat KSTAR-a je impresivan jer se suočava sa nekim ključnim izazovima na putu ka fuzionoj snazi, iako su drugi fuzioni reaktori u istoj klasi tehnologije pomerili granice dalje.
Probnom vožnjom novih komponenti, KSTAR utire put Međunarodnom termonuklearnom eksperimentalnom reaktoru (ITER) – koji bi mogao da bude najveći svetski tokamak fuzioni reaktor ako može da prevaziđe budžetske gubitke i tehničke prepreke.
KSTAR-ov novi rekord – koji je prošle nedelje objavio Korejski institut za fuzionu energiju (KFE) – proizilazi iz nadogradnje napravljene 2023. na divertoru reaktora, komponenti koja podnosi najtoplije temperature unutar reaktora dok odvodi otpadne proizvode.
KSTAR-ov divertor je sada napravljen od volframa, koji ima veoma visoku tačku topljenja, ali ne apsorbuje plazma gorivo kao sunđer niti reaguje sa njim na način na koji bi to radili prethodni divertori zasnovani na ugljeniku.
Instalacija novih divertora je završena prošle godine, što je pomoglo da se KSTAR-ovo rekordno vreme fuzije produži na 48 sekundi u poslednjem tromesečnom radu, u odnosu na pola minuta u 2021.
„Uprkos tome što je to bio prvi eksperiment sproveden u okruženju novih volframovih divertera, temeljno testiranje hardvera i priprema kampanje omogućili su nam da u kratkom periodu postignemo rezultate koji nadmašuju prethodne KSTAR rekorde“, Si-Vu Jun, direktor KSTAR istraživačkog centra , objašnjeno je u saopštenju.
Međutim, trebalo je dokazati performanse divertera na temperaturama sedam puta većim od Sunčevih; to nikako nije bila sigurna stvar.
Istraživači KFE-a su očekivali da će raditi slično kao divertor na bazi ugljenika, ali je postojao rizik da bi se volfram mogao razbiti ili da nova postavka neće uspeti da generiše plazmu. Ne samo da se promenio materijal divertera, već i njegov oblik.
„Na početku kampanje, temperatura unutrašnjeg zida tokamaka nije dobro porasla“, kaže fizičar KFE Hjunseok Kim, ali su istraživači uspeli da se brzo prilagode novim radnim uslovima kako bi se plazma sukobila sa magnetnim poljima.
Volframov divertor takođe nije bila jedina nadogradnja koja je pomogla da se poboljšaju performanse KSTAR-a. Istraživači KFE-a, koji su sarađivali sa Laboratorijom za fiziku plazme u Prinstonu Ministarstva energetike SAD i pisali u Nature Communications u februaru, opisali su kako su pronašli način da stabilizuju slabosti na ivici plazme uzrokovane sitnim defektima u magnetnim kalemovima koji drže plazmu u mesto.
Poboljšanje je dovelo do druge prekretnice – koja je sadržala plazmu u visoko efikasnom stanju zvanom visoko ograničenje ili ‘H-režim’ u trajanju od 102 sekunde. Prethodni pokušaji su bili ograničeni na nekoliko sekundi pre nego što je učinak dramatično pao.
U idealnom slučaju, potpuno operativna fuziona elektrana bi radila na kritičnim temperaturama u H-režimu tokom perioda dovoljno dugog da generiše održiv izvor energije. Ova dostignuća predstavljaju monumentalan korak ka ovom cilju.
Hieon-seon Han, fizičar plazme u KFE-ovom timu za istraživanje scenarija visokih performansi, kaže da tim trenutno pregleda ovu najnoviju seriju eksperimentalnih podataka, koji će se koristiti u pripremama ITER-a, sastavljaju njihove rezultate za objavljivanje i planiraju svoju sledeću kampanju.
Han se nada da će uskoro moći da probiju granicu od 50 sekundi na svom putu ka krajnjem cilju projekta da postignu 300 sekundi rada plazme sa temperaturama preko 100 miliona stepeni do kraja 2026. godine.
To je šest puta duže od trenutnog rekorda KSTAR-a i još minuta kraće od kineskog eksperimentalnog naprednog superprovodnog tokamak (EAST) reaktora, koji je od aprila prošle godine mogao da generiše i održava plazmu skoro sedam minuta.
Ali potrebne su ogromne količine energije za pokretanje fuzionih reaktora i generisanje plazma reakcija čak i na nekoliko sekundi – tako da je njihova sposobnost da generišu obilje čiste energije i dalje udaljena nekoliko decenija.
