Корейски реактор за термоядрен синтез постави нов рекорд за поддържане на плазма с температура 100 милиона градуса

Модернизацията на реактора за термоядрен синтез на корейското "изкуствено слънце" доведе до поредния рекорден резултат, като новите компоненти могат да издържат по-добре на високи температури и да поддържат завихрянето на плазма с температура 100 милионна градуса в продължение на почти 50 секунди.

Това е скок с близо 20 секунди спрямо реактора KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), който през последните години чупи собствените си рекорди за това колко дълго може да генерира и задържа безумно гореща плазма в своя корпус с форма на поничка.

При 100 милиона градуса по Целзий тежките изотопи на водорода в плазмата (горещ облак от йонизиран газ) са принудени да се слеят, освобождавайки енергия по начин, подобен на този, който се случва в ядрото на Слънцето. Предизвикателството пред ядрения синтез, който обещава по-чиста и почти неограничена енергия, обаче е да се овладее този въртяща се плазма с помощта на магнитни полета.

Последният резултат на KSTAR е впечатляващ, тъй като преодолява някои ключови предизвикателства по пътя към енергията от термоядрен синтез, въпреки че други термоядрени реактори от същия технологичен клас са разширили границите.

С изпробването на новите компоненти KSTAR проправя пътя за Международния термоядрен експериментален реактор (ITER), който, ако успее да преодолее бюджетните пропуски и техническите пречки, може да бъде най-големият в света реактор за термоядрен синтез от типа токамак.

Новият рекорд на KSTAR - обявен от Корейския институт за термоядрена енергия (KFE) миналата седмица - се дължи на извършените през 2023 г. подобрения на дивертора на реактора - компонент, който се справя с най-горещите температури в реактора, като същевременно отвежда отпадъчните продукти.

Диверторът на KSTAR вече е изработен от волфрам, който има много висока температура на топене, но не попива плазменото гориво като гъба и не реагира с него по начина, по който го правеха предишните дивертори на въглеродна основа.

Инсталирането на новите дивертори завърши миналата година, което спомогна за удължаване на рекордното време за синтез на KSTAR до 48 секунди в последния му 3-месечен цикъл, което е с половин минута повече от 2021 г.

"Въпреки че това е първият експеримент, проведен в средата на новите волфрамови дивертори, задълбоченото тестване на хардуера и подготовката на кампанията ни позволиха да постигнем резултати, надхвърлящи тези на предишните рекорди на KSTAR за кратък период от време", обясни в изявление Си-У Юн, директор на Изследователския център KSTAR.

Въпреки това работата на дивертора при температури, седем пъти по-високи от тези на Слънцето, трябваше да бъде доказана; тя в никакъв случай не беше сигурна.

Изследователите от KFE очакваха той да работи подобно на дивертор на въглеродна основа, но съществуваше риск волфрамът да се счупи или новата инсталация да не успее да генерира плазма. Променен е не само материалът на дивертора, но и неговата форма.

"В началото на кампанията температурата на вътрешната стена на токамака не се повиши добре", казва физикът от KFE Хюнсеок Ким, но изследователите успяха бързо да се адаптират към новите условия на работа, за да управляват плазмата с магнитни полета.

Волфрамовият дивертор също не е единственото нещо, което спомага за подобряване на работата на KSTAR. Изследователите от KFE, които си сътрудничат с Лабораторията по физика на плазмата в Принстън към Министерството на енергетиката на САЩ и които през февруари публикуваха статия в Nature Communications, описаха как са намерили начин да стабилизират слабостите в края на плазмата, причинени от миниатюрни дефекти в магнитните намотки, които държат плазмата на място.

Подобрението доведе до втори важен етап - задържане на плазмата във високоефективно състояние, наречено "висококонфигентен" или "H-режим", в продължение на 102 секунди. Предишните опити бяха ограничени до няколко секунди, след което ефективността рязко спадна.

В идеалния случай напълно функционираща термоядрена електроцентрала би работила при критични температури в H-режим за достатъчно дълъг период от време, за да генерира устойчив източник на енергия. Тези постижения представляват монументална стъпка към тази цел.

Хьон-сеон Хан, физик, проучващ плазмата в изследователския екип на KFE за високоефективни сценарии, казва, че в момента специалистите преглеждат последната партида експериментални данни, които ще бъдат включени в подготовката на ITER, събират резултатите си за публикуване и планират следващата си кампания.

Хан се надява, че скоро ще успеят да преодолеят границата от 50 секунди по пътя към крайната цел на проекта - до края на 2026 г. да постигнат 300 секунди работа на плазмата с температура над 100 милиона градуса.

Това е шест пъти повече от сегашния рекорд на KSTAR и минути по-кратко от китайския експериментален усъвършенстван свръхпроводящ токамак (EAST), който от април миналата година може да генерира и поддържа плазма почти седем минути.

Но за захранването на термоядрените реактори и генерирането на плазмени реакции дори за няколко секунди са необходими огромни количества енергия. Съответно ще изминат поне още няколко десетилетия, преди да могат да генерират изобилие от чиста енергия.

Източник: Science Alert