Koreańscy oraz amerykańscy naukowcy ustanowili w tej dziedzinie nowy światowy rekord. Ekstremalnie wysoką temperaturę plazmy udało się utrzymać przez 20 sekund. Wcześniej odnotowywane próby nie przekraczały nawet 10 sekund.
Do generowania i stabilizowania ultra-gorącej plazmy KSTAR wykorzystuje pola magnetyczne. Celem koreańskiego przedsięwzięcia jest pozyskanie potencjalnie nieogranego źródła czystej energii, która miałaby pochodzić z syntezy jądrowej. Jednak aby móc wykorzystywać syntezę jądrową jako źródło energii, konieczne jest opracowanie procesów pozwalających nam na jej regulowanie i kontrolowanie tak, by działała zgodnie z przeznaczeniem.
W ubiegłym roku 100 mln° Celsjusza udało się utrzymać przez zaledwie 8 sekund, co i tak było sporą poprawą w stosunku do pierwszych osiągnięć. Po raz pierwszy wysokotemperaturową plazmę uzyskano w 2018 roku. Wówczas rekordową temperaturę udało się utrzymać zaledwie przez 1,5 sekundy. Tegorocznym osiągnięciem naukowcy z KSTAR we współpracy z ekspertami z Uniwersytetu Narodowego w Seulu oraz amerykańskiego Columbia University ponad dwukrotnie poprawili wcześniejszy czas.
– Technologie potrzebne do długotrwałego działania plazmy o temperaturze 100 mln stopni są kluczem do realizacji energii termojądrowej. Sukces KSTAR w utrzymywaniu plazmy wysokotemperaturowej przez 20 sekund będzie ważnym punktem zwrotnym w wyścigu o zapewnienie technologii do długiego, wysokowydajnego działania plazmy, krytycznego elementu komercyjnego reaktora termojądrowego w przyszłości – mówi fizyk jądrowy Si-Woo Yoon, dyrektor Centrum Badawczego KSTAR w Koreańskim Instytucie Energii Fuzji (KFE).
Czysta energia
Kluczem do osiągnięcia progu 20 sekund była aktualizacja trybów wewnętrznej bariery transportowej (ITB) wewnątrz KSTAR. Naukowcy przyznają, że jeszcze nie w pełni rozumieją działanie i znaczenie ustawienia trybów, ale na najprostszym poziomie tryby te pomagają kontrolować stabilność reakcji syntezy jądrowej.
– Sukces eksperymentu KSTAR w długiej, wysokotemperaturowej pracy, poprzez przezwyciężenie niektórych wad trybów ITB przybliża nas o krok do rozwoju technologii służącej uzyskaniu energii termojądrowej – mówi fizyk jądrowy Yong-Su Na z Narodowy Uniwersytet w Seulu (SNU).
Urządzenia do syntezy jądrowej, takie jak KSTAR, wykorzystują izotopy wodoru do tworzenia stanu plazmy, w którym jony i elektrony są oddzielone, i gotowe do podgrzania. Zachodzą w nim te same reakcje syntezy, które zachodzą na Słońcu, stąd też reaktor nazywany jest „sztucznym Słońcem”.
Cel – 300 sekund
Utrzymywanie dostatecznie wysokich temperatur przez wystarczająco długi czas, aby technologia była opłacalna, okazało się wyzwaniem. Naukowcy będą musieli pobić więcej takich rekordów, aby fuzja jądrowa mogła działać jako źródło czystej energii – zużywając niewiele więcej niż woda morska (źródło izotopów wodoru) i wytwarzając minimalne ilości odpadów.
Obecnie reaktory zużywają więcej energii, niż są w stanie same wytworzyć, ale tempo postępów jest obiecujące. Do 2025 roku inżynierowie z KSTAR chcą być w stanie utrzymać 100 mln stopni przez 300 sekund.
– Temperatura jonów wynosząca 100 milionów stopni osiągnięta dzięki umożliwieniu wydajnego ogrzewania plazmy w rdzeniu przez tak długi czas wykazała wyjątkową zdolność nadprzewodzącego urządzenia KSTAR i zostanie uznana za nieodpartą podstawę wysokiej wydajności plazmy termojądrowej – mówi atomowy fizyk Young-Seok Park z Columbia University.