Čínsky tokamak EAST prelomil hranicu, ktorá roky brzdila jadrovú fúziu. Tá už nemusí byť vzdialená 30 rokov
Čínski vedci na tokamaku EAST prekonali hranicu hustoty plazmy, ktorá roky brzdila jadrovú fúziu. Objav otvára cestu k stabilnejšej a výkonnejšej čistej energii.
Ľudstvo sníva o nevyčerpateľnom a čistom zdroji energie už nejaký čas. O stroji, ktorý by procesy prebiehajúce v srdci hviezd dokázal skrotiť do oceľovej komory tu na Zemi. Je to však výzva, nad ktorou si aj tie najlepšie mozgy sveta lámu hlavu a bez výraznejšieho pokroku. Dlhé roky je tak jadrová fúzia vnímaná ako technológia, ktorá bude „vždy vzdialená 30 rokov“. Dnes sa však zdá, že toto staré klišé konečne prestáva platiť. Vedci na čínskom tokamaku EAST, prezývanom aj „umelé Slnko“, totiž dosiahli výsledok, ktorý dáva nádeji na pokrok reálnejšie kontúry.
Tím odborníkov z Huazhong University of Science and Technology a Hefei Institutes of Physical Science oznámil, že sa im podarilo prekonať jednu z najväčších prekážok jadrovej fúzie, známu ako hranica hustoty plazmy. Môže to znieť ako nepodstatný technický detail, no v skutočnosti ide o zásadný posun. Práve tento problém totiž dlhé roky brzdil snahu posunúť fúzne reaktory bližšie k praktickému využitiu.
Aby bolo jasné, prečo je tento objav taký dôležitý, treba si pripomenúť, čo sa v tokamaku vlastne deje. Cieľom vedcov je jadrová fúzia, teda zlučovanie jadier deutéria a trícia. Na to, aby sa tieto jadrá spojili a uvoľnili energiu, je potrebné vytvoriť extrémne prostredie, konkrétne teploty presahujúce 150 miliónov stupňov Celzia. Hmota sa pri nich mení na plazmu, horúcu zmes nabitých častíc, v ktorej atómy v klasickom zmysle neexistujú. Častice sa pohybujú tak rýchlo, že dokážu prekonať vzájomný odpudivý odpor a spojiť sa.
Čínskym vedcom sa podarilo overiť teóriu v praxi a veľmi úspešne
V ideálnom prípade by malo platiť, že čím viac paliva do reaktora dodáme, tým hustejšia bude plazma a tým vyšší výkon získame. Lenže realita je oveľa zložitejšia. Hoci výkon fúzie rastie so štvorcom hustoty plazmy, v praxi to doteraz vždy narážalo na tvrdý fyzikálny strop. Po prekročení takzvaného Greenwaldovho limitu sa plazma začala správať nestabilne. Objavili sa turbulencie, narušilo sa uväznenie a celý proces buď stratil kontrolu, alebo sa úplne zrútil. Tento limit sa preto desaťročia považoval za takmer neprekonateľný.
Nový pohľad priniesla až teória plazmovo-stenovej sebaorganizácie (PWSO), na ktorej pracovali vedci z francúzskeho CNRS. Podľa nej totiž stabilita plazmy nezávisí len od magnetického poľa, ktoré ju udržiava v priestore, ale aj od toho, ako horúca plazma interaguje so stenami reaktora. Ak sa podarí tieto dva svety dostať do jemnej rovnováhy, systém dokáže pracovať aj s oveľa hustejšou a výkonnejšou plazmou.
Neprehliadni
Práve túto teóriu teraz v praxi otestovali profesor Ping Zhu a docent Ning Yan. Ich výsledky publikované v časopise Science Advances vyvolali vo vedeckej komunite výrazný ohlas. Počas experimentov sa im podarilo dosiahnuť stav, ktorý fyzikom dlhé roky unikal. Plazma zostala stabilná aj pri hustotách približne o 30 % vyšších, než povoľovali doterajšie prevádzkové hranice. A to bez straty kontroly nad výbojom či poškodenia magnetického poľa.
Čistá energia je zas o niečo bližšie
Za úspechom stojí najmä precízna práca inžinierov. Tím dokázal veľmi presne vyladiť tlak plynu a využiť mikrovlnný ohrev už v počiatočnej fáze výboja. Vďaka tomu mali kontrolu nad správaním plazmy od samého začiatku, čím minimalizovali vznik turbulencií aj kontamináciu nečistotami zo stien reaktora.
Pre vedu aj energetiku má tento posun veľký význam. Nejde len o úspech jedného laboratória, ale o cenný návod pre ďalšie projekty, ako je medzinárodný ITER vo Francúzsku či americký SPARC. Profesor Zhu tvrdí, že tento prístup predstavuje reálnu a škálovateľnú cestu k tzv. fúznemu zapáleniu. Ide o moment, keď reakcia vyrobí viac energie, než sama spotrebuje. Presne o to sa vedci snažia už celé desaťročia.
V najbližších mesiacoch chcú čínski vedci túto metódu otestovať v ešte náročnejších podmienkach pri veľmi vysokom tlaku. Ak sa im podarí udržať stabilitu aj tam, pôjde o veľký úspech pre celý odbor. Možno sme naozaj bližšie k realite s bezpečným a prakticky nevyčerpateľným zdrojom energie. Teraz už zostáva len dúfať, že sa tento vedecký prielom časom pretaví aj do bežného života.
