Pozrite si
Od 50-tych rokov minulého storočia vedci pracujú na ovládnutí jadrovej fúzie, aby sa otvorila cesta k termonukleárnym elektrárňam. Na rozdiel od dnešných jadrových elektrární so štiepnymi reaktormi, kde sa energia tvorí pri štiepení uránu, alebo ďalších ťažkých rádioizotopov, fúzne reaktory pracujú so spájaním ľahkých prvkov, najčastejšie izotopov vodíka, pričom fúzia uvoľní ešte väčšie množstvo energie ako štiepenie v „klasických“ jadrových reaktoroch.
Rovnaké reakcie prebiehajú v jadrách hviezd, vrátane nášho Slnka. Ale priebehu fúzie v jadrách hviezd pomáha veľmi vysoký tlak, aký na Zemi nevieme dosiahnuť. Preto riadená jadrová fúzia vyžaduje podstatne vyššie teploty, ako vo vnútri Slnka, aby fungovala.
Napríklad Tokamak à Configuration Variable (TCV) v EPFL v Lausanne môže dosiahnuť teplotu až 120 miliónov stupňov Celzia, čo je zhruba 9x vyššia teplota ako 15 miliónov stupňov Celzia vo vnútri Slnka.
Budúce fúzne reakcie vo vnútri tokamakov (toroidných fúznych reaktorov) by mohli produkovať oveľa viac energie, ako sa doteraz predpokladalo, zistili vedci zo Švajčiarskeho plazmového centra na École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL).
Zistenie, že fúzne reaktory môžu v skutočnosti pracovať s hustotou vodíkovej plazmy, ktorá je oveľa vyššia ako takzvaný Greenwaldov limit, pre ktorý boli skonštruované, ovplyvní prevádzku najväčšieho tokamaku ITER, ktorý sa stavia v južnom Francúzsku, aj návrhy nástupcov ITER-u, fúzne reaktory demonštračnej elektrárne (DEMO), povedal Paolo Ricci zo Švajčiarskeho plazmového centra. Podľa odhadov by mohol výkon tokamaku ITER narásť až dvojnásobne.
Nové odhady rátajú s prekonaním takzvaného Greenwaldovho limitu, pomenovaného po fyzikovi z MIT Martinovi Greenwaldovi. Ten označuje prevádzkový limit pre hustotu plazmy udržovanej v zariadeniach pomocou magnetického poľa. V tokamakoch prekročenie Greenwaldovho limitu zvyčajne vedie k narušeniu.
Hoci vedci dlho predpokladali, že Greenwaldov limit možno zlepšiť, už viac ako 30 rokov ide o základné pravidlo výskumu fúzie. Vychádza z neho aj hlavný princíp návrhu tokamaku ITER.
Najnovšia štúdia rozširuje experimenty a teóriu, ktorú Greenwald použil na odvodenie svojho limitu, čo má za následok oveľa vyšší limit hustoty paliva, ktorý zvýši kapacitu ITER a ovplyvní návrhy reaktorov DEMO, ktoré prídu po ňom.
Zatiaľ nie je možné určiť, ako veľký nárast hustoty paliva ovplyvní výkon tokamakov, povedal Ricci, ale pravdepodobne pôjde o významné zvýšenie. Výskum ukazuje, že väčšia hustota paliva uľahčí prevádzku fúznych reaktorov.
Tokamaky sú jedným z najsľubnejších návrhov reaktorov jadrovej syntézy, ktoré by sa jedného dňa mohli použiť na výrobu elektriny pre energetické siete. Nepríjemné je, že cesta podporovaná viac ako 30-timi štátmi v projekte ITER, je tŕnistá a bolestivo zdĺhavá. ITER má prvú experimentálnu plazmu vyrobiť v roku 2025. Ale, hoci ITER má vyrobiť viac energie, než dostane na vstupe (pomer má byť 1:10), nie je určený na výrobu elektriny do siete.
Takto má fungovať až prvá „komerčná“, ale stále experimentálna fúzna elektráreň DEMO s tokamakmi založenými na koncepte ITER. Tie sa už navrhujú, ale fungovať by mohli do roku 2051.
Našťastie, ITER nie je jediný výskumný projekt riadenej fúzie. Naopak, venuje sa mu množstvo inštitúcií, aj súkromných firiem po celom svete. Niekoľko projektov jadrovej syntézy je už v pokročilom štádiu a niektorí výskumníci si myslia, že prvý tokamak dodávajúci elektrinu do rozvodnej siete by sa mohol objaviť do roku 2030. Držme palce, nech sa to podarí, aby sme získali takmer neobmedzený zdroj čistej energie.
Článok o výskume bol pôvodne publikovaný v Live Science.
Zdroj