REKLAMA
  1. SPIDER'S WEB
  2. Nauka

Naukowcy przyćmili Słońce. Reaktor osiągnął 100 mln stopni Celsjusza

Koreańskim naukowcom udało się utrzymać stabilną reakcję fuzji termojądrowej o temperaturze 100 mln stopni Celsjusza przez trzydzieści sekund. Eksperyment przyćmił Słońce, wytwarzając temperaturę ponad sześciokrotnie wyższą od temperatury jądra słonecznego.

Koreański reaktor osiągnał 100 milionów stopni Celsjusza
REKLAMA

Większość naukowców zgadza się, że praktyczne wykorzystanie energii termojądrowej jest wciąż odległe o dekady, lecz małymi krokami zbliżamy się do tego momentu. Jednak z każdym krokiem naukowcy przekonują się, że problemem nie jest sama reakcja i jej utrzymanie, a sprzęt wykorzystywany do badań. Tak jest w przypadku koreańskiego reaktora fuzji magnetycznej KSTAR.

REKLAMA

W środę 7 września badacze z Narodowego Uniwersytetu w Seulu opublikowali pracę opisującą najnowsze osiągnięcie reaktora KSTAR - wytworzenie reakcji fuzji jądrowej, która wytworzyła temperaturę stu milionów stopni Celsjusza i trwała trzydzieści sekund.

Choć temperatura sama w sobie nie jest rekordowa, to KSTAR pobił swój własny rekord z grudnia 2020 roku. Wtedy to ten sam reaktor osiągnął temperaturę stu milionów stopni Celsjusza, lecz stabilność reakcji fuzji wynosiła jedynie 20 sekund.

Rekordowy czas trwania fuzji jądrowej

Kontrola plazmy ma kluczowe znaczenie, bowiem nawet najmniejszy odchył w prowadzonym eksperymencie prowadzi do niestabilności reakcji. Przykładem takiego zjawiska utraty kontroli może być na przykład gwałtowne schłodzenie plazmy i stłumienie reakcji, co powoduje zniszczenia komory, w której się znajduje.

Do kontroli wykorzystuje się pole magnetyczne. Jedno z dwóch najpopularniejszych rozwiązań to krawędziowa bariera transportowa, która kształtuje plazmę z ostrym odcięciem ciśnienia w pobliżu ściany reaktora, co powstrzymuje ucieczkę ciepła i plazmy. Drugim jest wewnętrzna bariera transportowa, która wytwarza wyższe ciśnienie bliżej środka plazmy. Jednakże żadne z tych rozwiązań nie jest idealne i oba wymagają stałej kontroli zachodzącej reakcji.

Zespół pod przewodnictwem Yonga-Su Na w reaktorze KSTAR zastosował zmodyfikowaną technikę wewnętrznej bariery transportowej, dzięki czemu naukowcom udało się uzyskać znacznie mniejszą gęstość plazmy. zmodyfikowana wewnętrzna bariera transportowa pozwoliła również na zwiększenie temperatury w rdzeniu plazmy i obniżyć ją na "krawędziach" plazmy, co zdaniem uczonych może przełożyć się na dłuższą żywotność sprzętu.

Jak mówi Yong-Su Na, niska gęstość była kluczem, a "szybkie" lub bardziej energiczne jony w rdzeniu plazmy - tak zwane szybkie wzmocnienie regulowane jonami są integralną częścią stabilności. Jednocześnie zespół jeszcze nie rozumie w pełni mechanizmów odpowiadających za ten stan rzeczy.

Fuzja w reaktorze trwała 30 sekund.

Reakcja fuzji jądrowej w reaktorze KSTAR została zakończona po zaledwie trzydziestu sekundach. W tym przypadku problemem nie było utrzymanie stabilności reakcji, lecz ograniczenia sprzętowe, bowiem reaktor nie jest przystosowany do pracy z tak wysokimi temperaturami w długim okresie czasu.

Po zakończeniu eksperymentu zdecydowano o wyłączeniu reaktora z użytku w celu modernizacji. Modernizacja obejmuje m.in. zastąpienie elementów węglowych na ścianie reaktora elementami zrobionymi z wolframu, co według badaczy zwiększy wytrzymałość maszyny i przyczyni się do zwiększenia częstotliwości eksperymentów z udziałem reaktora.

Jak mówi Lee Margetts z Uniwersytetu w Manchesterze w Wielkiej Brytanii w wypowiedzi dla magazynu New Scientist, fizyka reaktorów termojądrowych jest coraz lepiej rozumiana, ale zanim powstanie działająca elektrownia, trzeba pokonać techniczne przeszkody. Jednym z elementów tego procesu będzie opracowanie metod odprowadzania ciepła z reaktora i wykorzystywania go do generowania prądu elektrycznego.

To nie jest fizyka, to jest inżynieria. Jeśli po prostu pomyślisz o tym z punktu widzenia elektrowni gazowej lub węglowej, jeśli nie miałbyś niczego, co mogłoby odprowadzić ciepło, wtedy ludzie obsługujący ją powiedzieliby 'musimy ją wyłączyć, ponieważ robi się zbyt gorąca i stopi elektrownię'. To jest ta sama sytuacja.

Koreański reaktor przyćmił Słońce. Do pewnego stopnia

Reaktory termojądrowe inspirację do działania i wytwarzania energii biorą właśnie ze Słońca. Bowiem zarówno reaktory termojądrowe, jak i Słońce wytwarzają energię w podobny sposób. Polega on na tworzeniu cięższych pierwiastków poprzez fuzję lżejszych. W przypadku Słońca owa fuzja spala wodór - najlżejszy ze znanych nam pierwiastków - i zamienia go w hel.

REKLAMA

Koreański reaktor KSTAR dosłownie przyćmił Słońce, bo choć powszechnie wiadomo, że temperatura na powierzchni wynosi około 5505 stopni Celsjusza (5 778 K), to we wnętrzu jest ponad 2700 razy wyższa. Jądro słoneczne ma temperaturę około 15 milionów stopni Celsjusza, co sprawia, że inżynierowie na Ziemi już dawno przyćmili słońce, wytwarzając temperaturę ponad sześć razy wyższą.

Jednak wyższa temperatura nie świadczy o tym, że jesteśmy w stanie wytworzyć energię większą niż Słońce. Bowiem metr sześcienny substancji z jądra słonecznego ma moc zaledwie trzydziestu Wat, czyli tyle ile potrzeba do zasilenia żarówki. Dlatego by przyćmić Słońce, fizycy i inżynierowie muszą skupić się nie tylko na temperaturze wytwarzanej przez reaktor, ale i na jego rozmiarze.

REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA
REKLAMA