Najväčší nepriateľ jadrovej fúzie môže byť zároveň jej záchranca. Experiment ukázal nečakaný efekt
Nestabilita je pri jadrovej fúzii väčšinou zlá správa. Keď horúca plazma začne robiť niečo, čo fyzici nechcú, výsledkom môže byť únik energie, zhoršenie jej udržania a v krajnom prípade aj prerušenie celého výboja.
Dostaň Fontech do svojich Google odporúčaní
Pridať ako preferovaný zdroj Fontech, odkaz sa otvorí v novom okneExperiment na americkom tokamaku DIII-D však ukazuje oveľa komplikovanejší obraz. Jeden druh nestability vyvolanej energetickými časticami dokáže za určitých podmienok spustiť procesy, ktoré potlačia inú, veľmi škodlivú turbulenciu. Plazma následne udrží teplo lepšie a zvýši sa teplota elektrónov aj iónov.
Výsledky tímu vedeného Williamom Heidbrinkom z University of California, Irvine boli 25. augusta publikované v odbornom časopise Physical Review Letters. Vedci tvrdia, že ide o prvé priame pozorovanie prúdov vyvolaných takzvanými Alfvénovými vlastnými módmi v zariadení s magnetickým udržaním plazmy.
Problém vzniká priamo v horúcej plazme
Fúzia potrebuje extrém. Jadrá ľahkých prvkov sa musia dostať do podmienok, pri ktorých dokážu prekonať svoje elektrické odpudzovanie a spojiť sa. DIII-D uvádza pre skúmaný typ fúzie potrebné teploty približne 100 až 200 miliónov °C.
Takúto plazmu nemožno držať klasickou nádobou. Tokamak ju preto uzatvára silným magnetickým poľom a snaží sa zabrániť tomu, aby energia príliš rýchlo unikala. DIII-D v Kalifornii je najväčším prevádzkovaným tokamakom v Severnej Amerike a slúži práve na skúmanie fyziky, ktorú budú potrebovať budúce fúzne zariadenia.
Na FonTechu sme už písali o inom prístupe k rovnakému problému. Britský MAST Upgrade ukázal, že stabilitu plazmy možno zlepšiť vhodne tvarovaným trojrozmerným magnetickým poľom. Tentoraz sa však fyzici nesnažili iba nestabilitu potlačiť.
Pozornosť venovali Alfvénovým vlastným módom. Ide o vlnové javy v magnetizovanej plazme, ktoré môžu byť poháňané vysokoenergetickými časticami. Práve v budúcom fúznom reaktore budú takéto častice mimoriadne dôležité, pretože vznikajú aj samotnými fúznymi reakciami a majú pomáhať udržiavať plazmu horúcu.
Rovnaké energetické častice môžu vyvolávať nestability, ktoré ich premiestnia smerom von a tým zhoršia výkon reaktora.
Nestabilita vytvorila vlastnú obranu
Už predchádzajúce simulácie a experimenty naznačovali, že Alfvénove módy nemusia pôsobiť iba deštruktívne. Za určitých podmienok môžu vytvárať takzvané zonálne prúdenia a prúdy. Tie fungujú ako určitá bariéra proti jemnej turbulencii.
Výskumný program DIII-D už pri predchádzajúcich experimentoch pozoroval, že interakcia viacerých toroidálnych Alfvénových módov dokáže silne potlačiť turbulenciu spôsobovanú gradientom iónovej teploty. Práve tá patrí medzi mechanizmy, ktorými teplo z plazmy uniká.
Nová práca pridáva dôležitý chýbajúci kus. Vedci použili diagnostiku založenú na motional Stark effect, pomocou ktorej dokázali sledovať zmeny orientácie magnetického poľa vo vnútri plazmy. Práve počas fázy, keď nelineárne správanie Alfvénových módov vytváralo zonálne prúdenia, namerali aj zmenu elektrického prúdu a magnetickej konfigurácie.

Takzvaný bezpečnostný faktor q, jeden z dôležitých parametrov opisujúcich geometriu magnetického poľa v tokamaku, sa zmenil približne o 5 % počas iba 20 milisekúnd. Veľkosť zmeny pritom podľa autorov zodpovedala približnému odhadu odvodenému z nameraného zonálneho prúdenia.
Súčasne klesla mikroturbulencia a stúpli teploty elektrónov aj iónov. To je presne výsledok, ktorý fúzny reaktor potrebuje. Čím pomalšie energia z plazmy uniká, tým menej externého výkonu treba na udržanie podmienok vhodných pre fúziu.
Z nepriateľa nebude automaticky spojenec
Nový výsledok neznamená, že nestability sú pre fúzny reaktor zrazu dobré alebo že ich budú budúce elektrárne zámerne vytvárať bez obmedzenia.
Alfvénove nestability stále môžu transportovať energetické častice mimo miest, kde ich reaktor potrebuje. Výskumníci skôr ukazujú, že medzi rôznymi mierkami turbulencie a nestability existuje spätná väzba, ktorá môže za určitých podmienok priniesť aj opačný efekt.
Podobný mechanizmus sa objavil aj pri takzvanej fishbone nestabilite. Simulácie publikované už v roku 2024 naznačili, že ňou vytvorené zonálne prúdenia môžu obmedziť samotnú nestabilitu a zároveň súvisieť so vznikom vnútornej transportnej bariéry. Následný výskum DIII-D sa preto začal zaoberať myšlienkou, či by niektoré z týchto javov bolo možné raz cielene kontrolovať namiesto ich úplného potláčania.
Práve tu môže mať nové meranie najväčší význam. Budúce reaktory ako ITER budú obsahovať veľké množstvo energetických častíc vznikajúcich priamo pri fúzii. Fyzici preto nebudú môcť riešiť ich nestability oddelene od turbulencie, transportu tepla či magnetickej konfigurácie plazmy. Všetky tieto javy sa navzájom ovplyvňujú.
FonTech sa dlhodobo venuje aj samotnému problému udržania fúzie. Francúzsky tokamak WEST napríklad dokázal udržať plazmu viac než 22 minút, pričom práve dlhodobá stabilita a zvládanie extrémnych podmienok patria medzi kroky potrebné pred komerčným využitím.
Nový experiment teda nevyriešil jadrovú fúziu ani neposúva elektrárne zo dňa na deň bližšie k sieti. Ukázal však niečo, čo môže byť pre ich riadenie podstatné. Jav, ktorý sa dlho považoval najmä za zdroj strát, dokáže za správnych podmienok vytvoriť mechanizmus, ktorý inú časť týchto strát potláča.
Pri plazme s teplotou stoviek miliónov stupňov tak možno nebude vždy správnou stratégiou odstrániť každú nestabilitu. Oveľa cennejšie môže byť naučiť sa rozlišovať, ktorú treba potlačiť a ktorú sa oplatí dostať pod kontrolu.
Čítajte viac z kategórie: Novinky
Ďakujeme, že čítaš Fontech. V prípade, že máš postreh alebo si našiel v článku chybu, napíš nám na redakcia@fontech.sk.
Teraz čítajú

Po mobiloch môže Slovákov prekvapiť aj kúpa notebooku. EÚ chystá ďalšie prísne nariadenie

Jeden Antminer Z15 Pro mohol od januára vyťažiť približne 18 ZEC. Dnes majú hodnotu okolo 23 000 €

Nevymieňaj starú chladničku naslepo. Tento 48-hodinový test ukáže, či sa ti nová vôbec oplatí

NASA ukázala tajomný stroj pripomínajúci legendárny Blackbird. Naznačuje návrat X-planeov

EÚ chce vytvoriť „vojenský Schengen“. Slovensko má v krajine hanebnú prekážku, ktorá zbrzdí tanky spojencov
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Za 247-tisíc eur môžeš vlastniť grécky ostrov. Splniť musíš konkrétne podmienky
PREMIUM400 eur za krvný test a výsledky v mobile. Český startup chce posunúť prevenciu na novú úroveň

Volkswagen chce predať závod v Martine. Po 26 rokoch výroby ho má prevziať známa značka

Z obednej pauzy rovno na koncert. Nivy oslavujú 5 rokov celodenným programom

Zem prekročila 7 z 9 bezpečných hraníc. Vedci varujú, že tlak ďalej rastie
- 24 hod
- 48 hod
- 7 dní
-
- V sobotu na Slovensku štartuje najdrahší seriál sveta. Diváci ho už raz odmietli
- Netflix a Tarantino spojili sily. Takto vyzerá novinka za 200 miliónov (VIDEO)
- Nabije sa za 9 minút a prejde 700 km. BYD vylepšil svoj populárny model, ktorý drví konkurenciu
- Na ČSFD má 87 % a práve dostal pokračovanie. Seriálový klenot dorazil na Slovensko
- Radiátory ešte nemusíš zapínať. Prepočítali sme, kedy na jeseň kúri klimatizácia lacnejšie než plyn
-
- V sobotu na Slovensku štartuje najdrahší seriál sveta. Diváci ho už raz odmietli
- Netflix a Tarantino spojili sily. Takto vyzerá novinka za 200 miliónov (VIDEO)
- Čínsky nástupca Concordu čaká prvý nadzvukový test. Čas 1100 km letu chce skrátiť až 4-násobne
- Na ČSFD má 87 % a práve dostal pokračovanie. Seriálový klenot dorazil na Slovensko
- 13 rokov sme čakali na túto správu. Filmová legenda dostane pokračovanie, vráti sa aj Brad Pitt
-
- V sobotu na Slovensku štartuje najdrahší seriál sveta. Diváci ho už raz odmietli
- 13 rokov sme čakali na túto správu. Filmová legenda dostane pokračovanie, vráti sa aj Brad Pitt
- Veľmoc chystá jadrový prevrat. Po Európe rozmiestni 10 reaktorov takmer s výkonom Mochoviec
- Čínsky nástupca Concordu čaká prvý nadzvukový test. Čas 1100 km letu chce skrátiť až 4-násobne
- Netflix a Tarantino spojili sily. Takto vyzerá novinka za 200 miliónov (VIDEO)
Volkswagen prepustí až 100-tisíc ľudí. Z Nemecka napriek tomu zazneli prekvapivé slová
Európa čakala veľký solárny prepad. Zatmenie ukázalo, prečo veľké číslo pre Slovensko neplatilo
Výrobcom počítačov a mobilov končí obľúbený trik. EÚ prísne skoncuje s falošnou ekológiou
Má stáť zelená energia 120 eur za MWh? ÚRSO označil zelenú energiu za drahý omyl, pravda je iná
Európa chcela odstrihnúť Putina, deje sa však opak. Dovoz ruského LNG prudko vzrástol
USA chystajú vesmírny štít za 160 miliárd eur. Prvý ostrý zásah príde v roku 2029
Mochovce dosiahli kľúčový míľnik. Štvrtý blok už rozbehol jadrovú reakciu
NAJČÍTANEJŠIE ZO STARTITUP

Za 247-tisíc eur môžeš vlastniť grécky ostrov. Splniť musíš konkrétne podmienky
PREMIUM400 eur za krvný test a výsledky v mobile. Český startup chce posunúť prevenciu na novú úroveň

Volkswagen chce predať závod v Martine. Po 26 rokoch výroby ho má prevziať známa značka

Z obednej pauzy rovno na koncert. Nivy oslavujú 5 rokov celodenným programom

