Корейски реактор за термоядрен синтез чупи рекорда за плазма с температура 100 милиона градуса
Модернизацията на корейския реактор за термоядрен синтез „ изкуствено слънце “ докара до още един рекорден резултат, като новите съставни елементи са в положение да устоят по-добре на високи температури и да поддържат въртящото се кълбо от плазма с температура 100 милиона градуса в продължение на съвсем 50 секунди.
Това е скок от близо 20 секунди при реактора KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), който през последните години чупи личните си върхове за това какъв брой 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 сила по метод, сходен на този, който се случва в ядрото на Слънцето. Предизвикателството пред нуклеарния синтез, който дава обещание по-чиста и съвсем неограничена сила, обаче е да се овладее този въртящ се кръг от плазма благодарение на магнитни полета.
Последният резултат на KSTAR е впечатляващ, защото се сблъсква с някои основни провокации по пътя към силата от термоядрен синтез, макар че други термоядрени реактори от същия софтуерен клас също уголемяват границите.
С изпробването на новите съставни елементи KSTAR приготвя почвата за Международния термоядрен пробен реактор (ITER), който би могъл да бъде най-големият в света реактор за термоядрен синтез от вида токамак, в случай че успее да преодолее бюджетните ограничавания и техническите спънки.
Новият връх на KSTAR – разгласен от Корейския институт за термоядрена сила (KFE) предходната седмица – се дължи на осъществените през 2023 година усъвършенствания на дивертора на реактора – съставен елемент, който се оправя с най-високите температури в реактора, като в същото време води отпадъчните артикули.
Диверторът на KSTAR към този момент е направен от волфрам, който има доста висока температура на размразяване, само че не гълтам плазменото гориво като гъба и не реагира с него по метода, по който го правеха предходните дивертори на въглеродна основа.
Инсталирането на новите дивертори приключи предходната година, което спомогна за удължение на рекордното време за синтез на KSTAR до 48 секунди в последния му 3-месечен цикъл, което е с половин минута повече от 2021 година
„ Въпреки че това е първият опит, извършен в средата на новите волфрамови дивертори, задълбоченото тестване на хардуера и подготовката на акцията ни разрешиха да реализираме резултати, надхвърлящи тези на предходните върхове на KSTAR за къс интервал от време “, изясни в изказване Си-У Юн, шеф на Изследователския център KSTAR.
Трябваше обаче да се потвърди, че диверторът работи при температури, седем пъти по-високи от тези на Слънцето; това никога не беше несъмнено.
Изследователите имаха упования той да работи сходно на дивертора на въглеродна основа, само че съществуваше риск волфрамът да се счупи или новата апаратура да не успее да генерира плазма. Променен е освен материалът на дивертора, само че и неговата форма.
„ В началото на акцията температурата на вътрешната стена на токамака не се увеличи добре “, споделя физикът Хюнсеок Ким, само че откривателите съумяха бързо да се приспособят към новите условия на работа, с цел да ръководят плазмата с магнитни полета.
Волфрамовият дивертор не е единственият ъпгрейд, който оказва помощ за възстановяване на работата на KSTAR. Изследователите, които си сътрудничат с Лабораторията за физика на плазмата в Принстън към Министерството на енергетиката на Съединени американски щати, пишат в Nature Communications през февруари, че са намерили метод да стабилизират слабостите по ръба на плазмата, породени от дребни недостатъци в магнитните намотки, които държат плазмата на място.
Подобрението докара до втори значим стадий – задържане на плазмата във високоефективно положение, наречено „ висококонфигентен “ или „ H-режим “, в продължение на 102 секунди. Предишните опити бяха лимитирани до няколко секунди, след което успеваемостта внезапно спадаше.
В идеалния случай изцяло функционираща термоядрена електроцентрала би работила при сериозни температури в H-режим за задоволително дълъг интервал от време, с цел да генерира резистентен източник на сила. Тези достижения съставляват монументална стъпка към тази цел.
Хьон-сеон Хан, физик по плазма в изследователския екип за високоефективни сюжети на KFE, споделя, че сега екипът преглежда последната партида пробни данни, които ще бъдат включени в подготовката на ITER, събира резултатите си за издание и възнамерява идната си акция.
Хан се надява, че скоро ще съумеят да преодолеят границата от 50 секунди по пътя към крайната цел на плана – до края на 2026 година да реализират 300 секунди работа на плазмата с температура над 100 милиона градуса.
Това е шест пъти по-дълго от настоящия връх на KSTAR и към момента с минути по-малко от китайския пробен модернизиран свръхпроводящ токамак (EAST), който от април предходната година може да генерира и поддържа плазма в продължение на съвсем седем минути.
Но за зареждането на термоядрените реактори и генерирането на плазмени реакции даже за няколко секунди са нужни големи количества сила – тъй че способността им да генерират обилие от чиста сила към момента е на няколко десетилетия разстояние.
