Vědci v Číně dosáhli významného pokroku ve vývoji fúzní energie a úspěšně překročili dlouho stanovený limit hustoty v experimentálních reaktorech. Průlom na experimentálním Enhanced Superconducting Tokamaku (EAST) ukazuje, že tradiční omezení hustoty plazmatu – kritického faktoru účinnosti fúze – lze obejít přesným řízením podmínek reaktoru. To je důležité, protože zvýšená hustota plazmatu přímo souvisí s vyšším energetickým výdejem, což je klíčové pro zajištění životaschopnosti fúzní energie.
Greenwaldův limit a proč na něm záleží
Fůzní fyzici se po desetiletí řídí takzvaným Greenwaldovým limitem: praktickým limitem, za kterým má přehřáté plazma tendenci stát se nestabilními a potenciálně poškodit součásti reaktoru. To nebylo považováno za neměnný fyzikální zákon, ale spíše za pozorovatelný jev, který určoval, jak moc by se mohla zvýšit hustota plazmatu uvnitř tokamaku (zařízení pro magnetické zadržení ve tvaru torusu), než se zhroutil.
Problém? Čím více atomů je v plazmě zabaleno, tím více dochází k fúzním reakcím, a tím vyšší je energetický výdej. Ale jak se hustota plazmatu zvyšuje, vyzařuje energii, ochlazuje se na hranici a čerpá nečistoty ze stěn reaktoru. Tyto nečistoty urychlují chlazení a uvolňují více nečistot v destruktivní smyčce zpětné vazby, která zhoršuje magnetické zadržení a zastavuje reakci.
Režim bez omezení hustoty: Nový přístup
Nedávné teoretické studie ukázaly způsob, jak tento limit obejít: řízení interakce plazmy se stěnou během spouštění reaktoru, aby se zabránilo hromadění nečistot. Tým vedený Ping Zhu a Ning Yang testoval tuto teorii na EAST pečlivou regulací tlaku palivového plynu a použitím elektronového cyklotronového rezonančního ohřevu.
Výsledek? Dosáhli hustoty plazmy 65 % vyšší než je Greenwaldův limit, čímž se dramaticky snížil přenos nečistot ze stěn do plazmy. Nejedná se o úplné odstranění limitů hustoty, ale dokazuje to, že tradiční bariéra není absolutní.
Důsledky pro budoucí fúzní reaktory
Toto zjištění naznačuje, že fúzní reaktory mohou být navrženy a provozovány efektivněji, než se dříve myslelo. Přizpůsobením pracovních postupů budou budoucí zařízení schopna podporovat hustší reakce s vyšší energií. Výzkumníci nadále zdokonalují své metody, aby viděli, jak EAST funguje za těchto zlepšených podmínek.
„Zjištění poukazují na praktickou a škálovatelnou cestu pro posouvání limitů hustoty v tokamacích a pokročilých zařízeních pro horkou plazmovou fúzi,“ říká Zhu.
Tento průlom je významný, protože odstraňuje klíčovou překážku udržitelné fúzní energie a přibližuje nás k čistému, prakticky nevyčerpatelnému zdroji energie.
