Fúze se opět přiblížila realitě, vědci překonali hranici hustoty o desetinásobek

Jaderná fúze slibuje prakticky neomezený a udržitelný zdroj energie prostřednictvím procesů podobných těm, které pohánějí Slunce, za předpokladu, že se nejprve podaří vyřešit některé poměrně složité a zásadní fyzikální problémy.

V současné době se zkoumá celá řada metod, jak z atomů vytlačit energii, přičemž každá z nich má svá pro a proti. Nový výzkum naznačuje, že možná brzy budeme mít způsob, jak překonat hlavní překážku v procesech, které využívají tunely ve tvaru šišky známé jako tokamaky.

Dříve teoreticky předpokládaná překážka fúze v tokamaku, známá jako Greenwaldův limit, byla nyní díky úsilí týmu vědců z Wisconsinské univerzity překonána desetinásobně. Ačkoli mechanismy, které za limitem stojí, nejsou dobře známy, empirické pravidlo stanovuje strop hustoty elektronů v zahřátém plazmatu tokamaku.

Spolehlivý způsob, jak tuto hranici posunout, znamená, že se můžeme posunout vpřed, pokud jde o stabilitu a účinnost fúzního reaktoru tokamak, a přiblížit se tak dni, kdy se jaderná fúze stane praktickou realitou.

„Předkládáme zde experimenty na tokamaku s hustotou elektronů, která za ustálených podmínek až desetinásobně překračuje Greenwaldovu mez, což je bezprecedentní,“ píší vědci v publikovaném článku. Jaderná fúze – sbližování atomových jader za účelem uvolnění přebytečné energie – vyžaduje intenzivní teplo, které vzniká v důsledku zadržení nabitých částic tvořících plazma.

Tokamak je zvláštní typ reaktoru pro jadernou fúzi, který využívá proudy k pohonu plazmatu středem velkého dutého prstence. Magnetická pole uvnitř této horké změti nabitých částic ji pomáhají udržet v ohraničeném prostoru, přesto je plazma náchylnější k nestabilitě než u podobných metod a velmi přísně podléhá omezení hustoty elektronů v plazmatu. Vyšší hustota elektronů by znamenala více reakcí a více energie.

Tým se domnívá, že dvě klíčové vlastnosti MST pomohly prolomit limity této hustoty tak komplexně: jeho silné, vodivé stěny (pro stabilizaci magnetických polí manipulujících s plazmatem) a jeho napájení, které lze upravovat na základě zpětné vazby (opět klíčové pro stabilitu).

„Zdá se, že maximální hustota je dána spíše omezeními hardwaru než nestabilitou plazmatu,“ píší vědci. Je to další vítězství fúze v tokamaku v řadě úspěchů z poslední doby. V posledních několika letech se vědci věnovali stavbě větších reaktorů, zvyšování energie z nich vyrobené a dosahování vyšších teplot, při nichž reakce probíhají.

To však neznamená, že jaderná fúze bude v dohledné době připravena k použití, a je třeba hovořit o výhradách. Plazma nepracovalo s ultravysokou teplotou, jaká je obvyklá při fúzních reakcích, takže tyto experimenty bude třeba v tomto ohledu zvětšit. Autoři, kteří stojí za novou studií, jsou přesvědčeni, že vědci budou schopni přijít na to, jak těchto výsledků dosáhnout i na jiných zařízeních – i když je ještě třeba analyzovat, proč přesně toto konkrétní uspořádání funguje tak dobře.

„Otázky zůstávají ohledně toho, proč konkrétně MST dokáže pracovat s vysokým Greenwaldovým zlomkem a do jaké míry by se tato schopnost dala rozšířit na výkonnější zařízení,“ píší vědci.

Autor: Lukáš Drahozal

Zdroj: iopscience.iop.org, cs.wikipedia.org