Korėjos branduolinės sintezės reaktorius pasiekia 100 milijonų °C per 30 sekundžių

Ilgalaikis, stabilus eksperimentas yra naujausias įrodymas, kad branduolių sintezė iš fizikos problemos pereina į inžinerinę.

Fizika


2022 m. rugsėjo 7 d

Sintezės reaktorius

Korėjos superlaidaus tokamako pažangių tyrimų eksperimentas

Korėjos sintezės energijos institutas

Branduolinės sintezės reakcija truko 30 sekundžių, kai temperatūra viršija 100 milijonų °C. Nors vien trukmė ir temperatūra nėra rekordai, tuo pat metu pasiekiamas šilumos ir stabilumo lygis priartina mus prie gyvybingo branduolių sintezės reaktoriaus – jei tik galima išplėsti naudojamą techniką.

Dauguma mokslininkų sutinka, kad gyvybinga branduolių sintezės energija dar liko dešimtmečiais, tačiau vis didėja supratimo ir rezultatų pažanga. 2021 m. atliktas eksperimentas sukūrė pakankamai energingą reakciją, kad galėtų išsilaikyti, rengiami komercinio reaktoriaus konceptualūs projektai, o Prancūzijoje tęsiamas darbas su dideliu ITER eksperimentiniu branduolių sintezės reaktoriumi.

Dabar Yong-Su Na Seulo nacionaliniame universitete Pietų Korėjoje ir jo kolegoms pavyko įvykdyti reakciją itin aukštoje temperatūroje, kurios prireiks gyvybingam reaktoriui, ir išlaikyti karštą, jonizuotą medžiagos būseną, kuri susidaro įrenginyje, stabilią 30 sekundžių.

Gyvybiškai svarbu kontroliuoti šią vadinamąją plazmą. Jei jis liečiasi su reaktoriaus sienelėmis, jis greitai atvėsta, slopindamas reakciją ir sukeldamas didelę žalą kamerai, kurioje jis yra. Tyrėjai paprastai naudoja įvairių formų magnetinius laukus, kad sulaikytų plazmą – kai kurie iš jų naudoja krašto transportavimo barjerą (ETB), kuris formuoja plazmą su staigiu slėgio ribojimu šalia reaktoriaus sienelės, o tai sustabdo šilumos ir plazmos išskyrimą. Kiti naudoja vidinį transportavimo barjerą (ITB), kuris sukuria didesnį slėgį arčiau plazmos centro. Tačiau abu gali sukelti nestabilumą.

Na komanda naudojo modifikuotą ITB techniką Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) įrenginyje, pasiekdama daug mažesnį plazmos tankį. Atrodo, kad jų požiūris padidina temperatūrą plazmos šerdyje ir sumažina jas krašte, o tai tikriausiai prailgins reaktoriaus komponentų eksploatavimo laiką.

Dominicas Poweras iš Londono imperatoriškojo koledžo teigia, kad norėdami padidinti reaktoriaus gaminamą energiją, galite padaryti plazmą tikrai karštą, padaryti ją tikrai tankią arba pailginti uždarymo laiką.

„Ši komanda nustato, kad tankio apribojimas iš tikrųjų yra šiek tiek mažesnis nei tradicinių darbo režimų, o tai nebūtinai yra blogai, nes tai kompensuoja aukštesnė temperatūra šerdyje“, – sako jis. „Tai neabejotinai įdomu, tačiau yra didelis netikrumas dėl to, kaip gerai mūsų supratimas apie fiziką pritaikomas didesniems įrenginiams. Taigi kažkas panašaus į ITER bus daug didesnis nei KSTAR.

Na sako, kad mažas tankis buvo labai svarbus, o „greitieji“ arba energingesni jonai plazmos šerdyje – vadinamasis greitas jonų reguliuojamas stiprinimas (FIRE) – yra neatsiejami nuo stabilumo. Tačiau komanda dar visiškai nesupranta susijusių mechanizmų.

Reakcija buvo sustabdyta po 30 sekundžių tik dėl aparatinės įrangos apribojimų, o ateityje turėtų būti įmanoma ilgiau. KSTAR dabar uždarytas atnaujinimui, o anglies komponentai ant reaktoriaus sienelės buvo pakeisti volframu, o tai, pasak Na, pagerins eksperimentų atkuriamumą.

Lee Margettsas Mančesterio universitete (JK) sakoma, kad branduolių sintezės reaktorių fizika tampa gerai suprantama, tačiau norint pastatyti veikiančią elektrinę, reikia įveikti technines kliūtis. Dalis to bus sukurti metodai, kaip pašalinti šilumą iš reaktoriaus ir panaudoti ją elektros srovei generuoti.

„Tai ne fizika, o inžinerija“, – sako jis. „Jei tik pagalvotum apie tai dujomis ar anglimi kūrenamos elektrinės požiūriu, jei neturėtum iš ko atimti šilumos, tada ją valdantys žmonės pasakytų: „Turime keistis. išjunkite, nes per karšta ir išlydys elektrinę“, o čia būtent tokia situacija.

Brianas Appelbe Londono imperatoriškajame koledže sutinka, kad moksliniai sintezės tyrimų iššūkiai turėtų būti pasiekiami ir FIRE yra žingsnis į priekį, tačiau komercializuoti bus sunku.

„Magnetinio izoliavimo sintezės metodas turi gana ilgą istoriją, kad būtų išspręsta kita problema, su kuria jis susiduria“, – sako jis. „Tačiau mane nervina arba neaišku dėl inžinerinių iššūkių, kurie iš tikrųjų statant ekonomišką elektrinę šiuo pagrindu.

Žurnalo nuoroda: Gamta, DOI: 10.1038/s41586-022-05008-1

Daugiau šiomis temomis:

.

Leave a Comment

Your email address will not be published.