Кинеско „вештачко сунце“ управо је прекршило границу фузије за коју су научници мислили да је нераскидиво
Научници који раде са кинеским потпуно суперпроводљивим експерименталним напредним суперпроводљивим токамаком (ЕАСТ) успешно су достигли дуго теоретизирани „режим без густине“ у експериментима фузионе плазме. У овом стању, плазма остаје стабилна чак и када њена густина нарасте далеко изнад традиционалних граница. Резултати, објављени у Сциенце Адванцес 1. јануара, бацио ново светло на то како би једна од најтврдокорнијих физичких баријера енергије фузије коначно могла бити превазиђена на путу ка паљењу.
Истраживање су заједно водили проф. Пинг Зху са Универзитета науке и технологије Хуазхонг и ванредни професор Нинг Иан са Института за физичке науке Хефеи при Кинеској академији наука. Развијањем новог оперативног приступа високе густине за ЕАСТ, тим је показао да се густина плазме може померити далеко преко дуготрајних емпиријских граница без покретања ометајућих нестабилности које обично завршавају експерименте. Ово откриће доводи у питање деценије претпоставке о томе како се токамак плазме понашају при високој густини.
Зашто су границе густине повукле фузију
Нуклеарна фузија се широко сматра потенцијалним извором чисте и одрживе енергије. У фузији деутеријум-трицијум, гориво се мора загрејати на око 13 кеВ (150 милиона келвина) да би се постигли оптимални услови. На таквим температурама, количина произведене снаге фузије расте са квадратом густине плазме. Упркос овој предности, експерименти са токамаком су дуго били ограничени горњом границом густине. Када се та граница прекорачи, плазма често постаје нестабилна, реметећи затвореност и угрожавајући рад уређаја. Ове нестабилности су биле главна препрека побољшању перформанси фузије.
Новији теоријски оквир познат као самоорганизација плазма-зида (ПВСО) нуди другачије објашњење зашто настају границе густине. Концепт су први предложили ДФ Есцанде ет ал. са Француског националног центра за научна истраживања и Универзитета Екс-Марсеј. Према ПВСО теорији, режим без густине може се појавити када интеракција између плазме и металних зидова реактора достигне пажљиво избалансирано стање. У овом режиму, физичко распршивање игра доминантну улогу у обликовању понашања плазме.
Експерименти ЕАСТ пружили су прву експерименталну потврду ове теоријске идеје. Истраживачи су пажљиво контролисали почетни притисак горивног гаса и применили грејање електронском циклотронском резонанцом током фазе покретања сваког пражњења. Ова стратегија је омогућила да се интеракције плазма-зид оптимизују од самог почетка. Као резултат тога, накупљање нечистоћа и губици енергије су у великој мери смањени, што је омогућило да се густина плазме стално повећава до краја покретања. Под овим условима, ЕАСТ је успешно ушао у режим без густине који је предвидео ПВСО, где је стабилан рад одржан чак и при густинама које су далеко превазилазиле емпиријске границе.
Импликације за фузионо паљење
Ови експериментални резултати нуде нови физички увид у то како би се дуготрајна баријера густине у раду токамака могла сломити у потрази за паљењем фузије.
„Налази сугеришу практичан и скалабилан пут за проширење граница густине токамака и уређаја за фузију плазме следеће генерације“, рекао је проф.
Ассоциате Про. Јан је додао да тим планира да примени исти приступ током рада у високој затворености на ЕАСТ-у у блиској будућности, са циљем достизања режима без густине у условима плазме високих перформанси.
