Fundamentální změna v datech jaderné fyziky dramaticky ovlivňuje naše chápání čisté energie. Tým výzkumníků pracujících na experimentálním reaktoru v Číně, známém jako „umělé slunce“ (EAST), oznámil překonání dlouho nepřekonatelné překážky: limitu hustoty plazmatu.

Tento krok signalizuje nástup nové éry pro jadernou fúzi, neboť dokazuje, že plazma může zůstat stabilní i za podmínek extrémní hustoty, pokud je pečlivě řízena jeho interakce se stěnami reaktoru.

Velká Výzva Hustoty

Abychom pochopili význam tohoto úspěchu, musíme se podívat na „srdce“ fúze. Jaderná fúze, proces, který pohání hvězdy, slibuje téměř nevyčerpatelnou a čistou energii. V tokamacích, jako je EAST (Experimentální pokročilý supravodivý tokamak), je palivo (obvykle deuterium a tritium) zahříváno na extrémní teploty dosahující 150 milionů stupňů Celsia (přibližně 13 keV).

„Klíč“ k výrobě energie spočívá v hustotě plazmatu. Energie produkovaná fúzí se zvyšuje se čtvercem hustoty. Teoreticky, čím hustší je plazma, tím více energie získáváme. Nicméně v praxi vždy existoval „ořezávač“. Když se vědci pokusili zvýšit hustotu nad určité empirické limity, plazma se stávalo nestabilním, což vedlo k výpadku reaktoru a potenciálním poškozením zařízení. Tento jev představoval „damoklův meč“ nad každým pokusem o komerční využití fúze.

„Režim Nulové Hustoty“

Tým výzkumníků, vedený profesorem Pingem Zhu z Huazhong University of Science and Technology a docentem Ningem Yanem z Institutu fyzikálních věd Čínské akademie věd, dosáhl neuvěřitelného úspěchu. Dokázali provozovat reaktor v dosud teorii nezkoumaném rámci nazývaném „density-free regime“ (režim nulové hustoty).

V tomto stavu zůstává plazma stabilní i při hustotách daleko nad tradičními limity. Tento objev zpochybňuje desetiletí staré předpoklady týkající se chování plazmatu v tokamacích a otevírá dveře k dosažení vysněné „zapálení“, bodu, kdy se reakce udržuje sama.

Metoda: Ovládání Interakce Plazma-Stěny

Jak se jim však podařilo oklamat zákony fyziky? Odpověď spočívá v teorii samoorganizace plazma-stěna (Plasma-Wall Self Organization – PWSO). Tato teorie, původně navržena výzkumníky ve Francii, tvrdila, že pokud bude interakce mezi horkým plazmem a kovovými stěnami reaktoru dokonale vyvážena, mezí hustoty přestanou mít platnost.

Vědci v EAST tuto teorii úspěšně aplikovali. Použitím ohřevu s elektrocyklotronní rezonancí (ECRH) během startovní fáze a pečlivým řízením tlaku palivového plynu optimalizovali podmínky od první sekundy. Tato strategie dramaticky snížila akumulaci kontaminantů a energetické ztráty.

Výsledek byl ohromující: hustota plazmatu se stabilně zvyšovala, aniž by nastávaly zničující nestability, které byly dříve pozorovány. Reaktor fungoval plynule za podmínek, které byly dosud považovány za zakázané.

Budoucnost Energetiky

Důsledky tohoto objevu jsou obrovské pro budoucnost energetiky na celém světě. „Nálezy naznačují praktickou a škálovatelnou cestu k rozšíření limitů hustoty v tokamacích a zařízeních fúze nové generace,“ prohlásil profesor Zhu. Cílem nyní je aplikovat stejnou metodologii v podmínkách vysokého omezení a přiblížit lidstvo ještě blíže k výrobě čisté elektrické energie z fúze.