Chińczycy stworzyli słońce na 102 sekundy!

Chińskim inżynierom udało się uzyskać wodór o temperaturze trzy razy wyższej niż Słońce. Naukowcy byli w stanie podtrzymać temperaturę 50 mlm oC przez 102 sekundy. To przełomowe osiągnięcie przybliżyło nas o krok do wykorzystania fuzji jądrowej w energetyce.

Fuzja jądrowa jako paliwa używa dwóch izotopów wodoru – deuteru i trytu, które wstrzykuje się do reaktora. Następnie naukowcy dostarczają energii, która usuwa elektrony z orbit, tworząc tzw. zjonizowaną plazmę, która dostarcza olbrzymich ilości energii. Jeśli proces ten zostanie opanowany, będzie w stanie dostarczać niemal nieograniczonych ilości energii i potencjalnie może rozwiązać światowy kryzys energetyczny.

Przedruk za DailyMail. Tłumaczenie i redakcja Jakub Kundzik.

Jak donosi South China Morning Post, chiński eksperyment został przeprowadzony pod koniec stycznia w magnetycznym reaktorze fuzyjnym w Instytucie Nauk Fizycznych w Hefei, stolicy prowincji Anhui.

Reaktor, nieoficjalnie zwany EAST, co jest skrótem od angielskiego Experimental Advanced Superconducting Tokamak (Eksperymentalny zaawansowany nadprzewodzący tokamak), podgrzał gaz do 50 mln oC. Dla porównania – jądro słońca ma temperaturę jedynie 15 mln oC. Chociaż niemieccy naukowcy już jakiś czas temu osiągnęli jeszcze wyższą temperaturę, to po raz pierwszy udało się ją utrzymać przez więcej niż 90 sekund.

EAST ma konstrukcję tokamaka – schemat zaproponowany przez radzieckich fizyków w latach pięćdziesiątych XX w. Uważa się go za prosty w budowie, ale ekstremalnie trudny w obsłudze. Tokamak to pusta w środku metalowa rura w kształcie obwarzanka skręconego w ósemkę. Podgrzane do temperatury 150 mln stopni paliwo tworzy gorącą plazmę. Silne pole magnetyczne utrzymuje plazmę z dala od ścian reaktora. Pole te indukuje się dzięki cewkom nadprzewodzącym, owiniętym wokół tokamaka, a także przepuszczając prąd elektryczny bezpośrednio przez plazmę. Problem polega na tym, że kontrolowanie wodoru w tak wysokiej temperaturze jest trudne. Większość dotychczasowych tokamaków była w stanie podtrzymać wymagane warunki nie dłużej niż przez pół minuty.

Wesprzyj #Medium

Jak podaje South China Morning Post, zespół z Hefei osiągnął sukces dzięki rozwiązaniu kilku problemów inżynieryjnych. Ulepszono m.in. kontrolę kierunku indukcji magnetycznej oraz usprawniono wychwytywanie wysokoenergetycznych cząstek i ciepła, uciekającego z systemu. Celem projektu było osiągnięcie temperatury 100 mln oC i utrzymanie jej przez 1000 sekund, czyli około 17 minut.

Tym niemniej, naukowcy twierdzą, że od zbudowania komercyjnej elektrowni opartej na fuzji wciąż dzielą nas dekady.

Chiński eksperyment jest częścią ogólnoświatowych prac nad pozyskaniem energii z fuzji nuklearnej – przemiany, w trakcie której jądra atomowe łączą się w niezwykle wysokiej temperaturze, wytwarzając wielkie ilości energii. Zwolennicy tej technologii przyznają, że przed nami jeszcze dziesięciolecia badań, lecz, gdy opanujemy fuzję, do lamusa odejdą wszystkie paliwa kopalne i tradycyjne reaktory atomowe, pracujące dzięki rozszczepieniu ciężkich jąder.

Naukowcy z Instytutu Maksa Plancka umieścili niewielką ilość wodoru do stellaratora Wendelstein 7-X i ogrzali do uzyskania plazmy, odtwarzając warunki panujące we wnętrzu słońca.

Również w południowej Francji rozpoczęto budowę reaktora fuzji jądrowej. Urządzenie o nazwie ITER używa silnych prądów elektrycznych do utrzymania plazmy w komorze o kształcie obwarzanka, która jest na tyle duża, by umożliwić zajście fuzji.

Jak działa fuzja jądrowa?

Zobacz arcyciekawy wykład profesora dr hab. Jacka Jagielskiego z Centrum Badań Jądrowych.

Fuzja polega na poddaniu atomów wodoru wysokiemu ciśnieniu i temperaturze, aż zaczną łączyć się, tworząc pierwiastek hel. Kiedy jądra deuteru i trytu – izotopów wodoru – połączą się, tworzą jądro helu, swobodny neutron i mnóstwo energii. Osiągnąć to można poprzez podgrzanie paliwa do temperatury 150 mln oC, co powoduje przejście wodoru w stan skupienia zwany gorącą plazmą.

Silne pole magnetyczne utrzymują plazmę z dala od ścian reaktora, aby zapobiec jej ochłodzeniu i utracie energii potencjalnej. Pole to uzyskuje się dzięki cewkom nadprzewodzącym, owiniętym wokół reaktora, a także poprzez przepuszczanie prądu elektrycznego bezpośrednio przez plazmę. By uzyskać energię użyteczną należy utrzymać plazmę przez wystarczająco długi czas, by w paliwie zaszła fuzja.

Energia z reaktora zeroemisyjnego ma być tańsza od węgla

Źródło energii, które nie emituje gazów cieplarnianych, ani odpadów radioaktywnych i jest niemal niewyczerpane – to zbyt pięknie, by mogło być prawdziwe. Tym niemniej, naukowcy zrobili kolejny krok do uzyskania użytecznej i opłacalnej ekonomicznie fuzji jądrowej. Inżynierowie stworzyli koncepcję reaktora fuzji, który, powiększony do rozmiarów dużej elektrowni, byłby konkurencyjny wobec nowoczesnych elektrowni węglowych o tej samej mocy.

Fuzja jądrowa – źródło energii słońca i innych gwiazd – polega na łączeniu jąder atomów, co wyzwala energię. Jest to proces odwrotny do rozszczepienia jąder – mechanizmu pracy bomby atomowej i tradycyjnej energetyki nuklearnej.

Inżynierowie z University of Washington w Seattle opublikowali koncepcję konstrukcji reaktora i wyniki analiz, które zaprezentują na Konferencji Energii Fuzji, organizowanej przez Międzynarodową Agencję Energii Atomowej w St. Petersburgu w tym roku. Konstrukcja ta rozwija dotychczasową technologię. Poprzez indukowanie pola magnetycznego w zamkniętej przestrzeni utrzymuje plazmę wystarczająco długo, by mogła zajść fuzja wodoru.

Reaktor ma być w znacznej mierze samowystarczalny, czyli ma w sposób ciągły podgrzewać plazmę do warunków niezbędnych do podtrzymania reakcji termojądrowych. Ciepło wytworzone przez reaktor ma podgrzewać chłodziwo, które zostanie wykorzystane do napędzania turbiny elektrycznej, podobnie jak to ma miejsce w elektrowniach konwencjonalnych.

W chwili obecnej, ta konstrukcja ma największy spośród znanych koncepcji potencjał do produkcji komercyjnej energii z fuzji jądrowej

– powiedział Thomas Jarboe, profesor aeronautyki i astronautyki z University of Washington.

Źródło: materiał dailymail.co.uk, tłumaczenie: Jakub Kundzik


Główne zdjęcie artykułu pochodzi z portalu www.flickr.com
Autor: Ryan Pope