Svätý grál energetiky je o krok bližšie. Vedci vytvorili fúzny reaktor s levitujúcim magnetom

Termonukleárna fúzia stojí pred ďalšou kľúčovou technologickou výzvou, ktorej vyriešenie môže výrazne priblížiť technológiu ku komerčnému nasadeniu. Americké ministerstvo energetiky vybralo novozélandskú spoločnosť OpenStar Technologies a Kolumbijskú univerzitu na vývoj historicky prvého výfukového systému pre fúzny reaktor využívajúci koncept levitujúceho dipólu.

Cieľom dvanásťmesačného projektu je navrhnúť špecializovaný divertor, ktorý dokáže bezpečne odvádzať extrémne teplo a zatúlané častice skôr, ako zničia vnútorné steny reaktora, upozorňuje Interesting Engineering.

Inovatívne riešenie pre netradičné fúzne reaktory

Komerčná jadrová fúzia je závislá od udržania plazmy pri extrémne vysokej teplote v silných magnetických poliach. Konvenčné fúzne zariadenia, ako sú napríklad tokamaky, obklopujú plazmu masívnymi externými magnetmi a na odvod tepla štandardne využívajú divertory. Tie navádzajú unikajúcu plazmu na špeciálne chladené cieľové dosky. Pre reaktory typu levitujúceho dipólu však doteraz žiadny divertor postavený nebol.

Koncept levitujúceho dipólu funguje na zásadne odlišnom princípe ako bežné reaktory. Namiesto obklopovania plazmy magnetmi zvonku necháva vo vákuovej komore voľne levitovať jediný supravodivý magnet.

Nová architektúra verne napodobňuje prirodzené magnetické polia planét, ako sú Zem alebo Jupiter. Odstránenie akýchkoľvek fyzických nosných vzpier magnetu je pre funkčnosť zásadné, pretože sa tým eliminuje hlavná cesta pre únik tepla, čo udržuje plazmu oveľa stabilnejšiu.

Jedinečná geometria magnetického poľa dipólu však vytvára špecifický nulový bod magnetického poľa, takzvaný X-bod. Práve táto charakteristika núti inžinierov opustiť štandardné výpočtové modely používané pri bežných reaktoroch a hľadať úplne nové prístupy.

Výskumníci pod vedením profesora Bena Zhua z Kolumbijskej univerzity a vedeckého tímu OpenStar preto počas nasledujúceho roka detailne zmapujú, ako sa teplo a nabité častice správajú na samotnom okraji magnetického poľa dipólu.

Dostane sa do prototypu

Na presnú simuláciu týchto extrémnych podmienok prepojí tím z Kolumbijskej univerzity dva pokročilé softvérové nástroje: kód TokaMaker, ktorého vývoj vedie Dr. Christopher Hansen, a open-source modelovací nástroj Hermes-3 zameraný na okrajovú plazmu.

Získané teoretické modely nebudú len počítačovou simuláciou. Vedci ich budú priamo overovať na reálnych dátach z existujúceho novozélandského prototypu spoločnosti OpenStar s názvom Junior.

Práve zariadenie Junior v hodnote 10 miliónov dolárov dosiahlo vo februári tohto roka významný míľnik. Inžinierom sa v ňom podarilo úspešne udržať v levitácii poltonový supravodivý magnet vo vnútri päťmetrovej vákuovej komory a zároveň v jeho poli udržať plazmu zahriatu na viac ako jeden milión stupňov Celzia.

Projekt taktiež predstavuje opätovné stretnutie priekopníkov tejto technológie. Súčasný vedecký riaditeľ OpenStar Dr. Darren Garnier totiž v minulosti pôsobil ako hlavný experimentátor pri pôvodnom projekte Levitated Dipole Experiment, ktorý Kolumbijská univerzita prevádzkovala spolu s MIT. Spolu s hlavným vedcom OpenStar Dr. Jeromom Guterlom teraz povedú vývoj nového výfukového systému.

Commonwealth Fusion Systems

Finálny dizajn divertora zažije svoju premiéru v pripravovanom reaktore novej generácie s názvom Tahi. Zariadenie je navrhnuté na dosiahnutie podmienok relevantných pre reálnu termonukleárnu fúziu. V prvej fáze bude Tahi slúžiť na produkciu neutrónov potrebných pre výrobu medicínskych rádioizotopov, čím vytvorí dôležitý technologický medzistupeň pred výstavbou plnohodnotných fúznych elektrární pripojených do rozvodnej siete.

Celá spolupráca prebieha pod záštitou programu INFUSE amerického ministerstva energetiky, ktorý tento rok rozdeľuje 8,5 milióna dolárov medzi 28 spoločných projektov súkromných firiem, národných laboratórií a univerzít.

Spoločnosť OpenStar získala financovanie prostredníctvom svojej americkej dcérskej spoločnosti OpenStar USA, pričom v rovnakom kole uspela aj s druhým grantom zameraným na vývoj pokročilej diagnostiky plazmy v spolupráci s Kalifornskou univerzitou v San Diegu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky