Tokamak Alcator C-Mod vytvořil poslední den svého provozu rekord. V pátek 30. září ve 21:25 místního času vědci a inženýři z Centra fyziky plazmatu a fúze pod univerzitou MIT udělali skok kupředu na cestě k čisté energetice. Tým vytvořil nový světový rekord v hodnotě tlaku plazmatu uvnitř tokamaku Alcator C-Mod. Tlak plazmatu je klíčovým parametrem v produkci energie z jaderné fúze a MIT nyní dosáhl jako první na světě tlaku přes dvě atmosféry.

Ředitel Alcatoru a vedoucí vědecký pracovník Earl Marmar tyto výsledky prezentoval na konferenci o fúzní energetice Mezinárodní agentury pro atomovou energii v japonském Kjótu 17. října.

Jaderná fúze má potenciál produkovat téměř neomezené množství čisté, bezpečné a bezuhlíkové energie. Fúze je stejný proces, který také pohání Slunce a může být v současnosti realizována ve speciálním prostředí fúzních reaktorů formou ultrahorkých miniaturních plazmatických hvězd – přehřátého plynu, který je udržován uvnitř magnetického pole.

Již více než 50 let víme, že je možné vytvořit fúzi i na zemském povrchu. Plazma musí být velice horké (více než 50 miliónů stupňů Celsia) a musí být stabilní pod značným tlakem a ve formě pevného svazku. Vytvoření stabilní fúze závisí na třech hlavních faktorech: hustota plazmatických částic, doba jeho udržení a jeho teplota. Nad těmito hodnotami visí ještě poměr množství vyrobené energie ku energii potřebné pro uskutečnění fúze.

Tlak představuje asi 2/3 celého problému. Množství vyprodukované energie roste se čtvercem tlaku – tedy dvojnásobné zvýšení tlaku vede k čtyřnásobnému množství vyprodukované energie.

Za svých 23 let provozu dosáhl reaktor tokamaku Alcator C-Mod opakovaného pokoření rekordů v tlaku plazmatu uvnitř magnetického pole. Předchozí rekord 1,77 atmosféry byl dosažen v roce 2005 (také v Alcatoru C-Mod). Nový rekord 2,05 atmosféry je 15% navýšením dosavadního maxima. Při tomto tlaku překročila teplota plazmatu 35 miliónů stupňů Celsia, což je přibližně dvakrát více než teplota ve středu Slunce. V plazmatu proběhlo přes 300 biliónů fúzních reakcí za sekundu a centrální magnetické pole dosáhlo síly 5,7 tesla. Tento proces dokázal vytvořit elektrický proud o síle 1,4 miliónů ampérů a tepelný výkon o hodnotě 4 megawattů. Reakce vznikla v objemu zhruba jednoho metru krychlového a plazmatický oblouk vydržel po dobu 2 vteřin.

Ostatní fúzní experimenty provedené v reaktorech podobných Alcatoru jsou schopny podobných teplot plazmatu, ale při tlacích okolo jedné atmosféry. Výsledek vědců z MITu překonal nejvyšší dosažený tlak v ostatních fúzních reaktorech o 70 %.

Přestože přínosy Alcatoru C-Mod jsou v oboru výzkumu fúze nesporné, rozhodlo americké ministerstvo energetiky o ukončení financování tohoto projektu kvůli značným výdajům na projekt ITER. Podle rozhodnutí amerického kongresu bylo financování Alcatoru obnoveno na tři roky a k jeho ukončení došlo 30. září 2016.

Výstavba sklepních částí ITERu. Fotografie z 22. března 2016; Zdroj: ITER
Výstavba sklepních částí ITERu. Fotografie z 22. března 2016

„Jedná se o významný úspěch, který poukazuje na vysokou úspěšnost programu Alcator C-Mod na MIT“, tvrdí Dale Meade, bývalý zástupce ředitele laboratořích plazmové fyziky na Princetonské univerzitě, který do experimentů nebyl přímo zapojen. „Rekord tlaku plazmatu potvrzuje metodu udržování horkého plazmatu v magnetickém poli jako atraktivní cestu pro praktické využití fúzní energie.“

„Tento výsledek potvrzuje, že vysokých tlaků hořícího plazmatu může být nejlépe dosaženo v silném magnetickém poli tokamaků, jako je například Alcator C-Mod,“ říká Riccardo Betti, profesor strojního inženýrství, fyziky a astronomie na Univerzitě v Rochesteru.

Alcator C-Mod je světově jediný kompaktní fúzní reaktor s vysokomagnetickým polem a pokročilým tvarováním v designu tokamak (jde o přepis ruského slova pro „toroidní komoru“), kde dochází k udržování přehřátého plazmatu uvnitř komory ve tvaru donutu pomocí silného magnetického pole – o síle až 8 tesla, neboli síle rovnající se 160 000 násobku síly magnetického pole Země. Toto magnetické pole umožňuje vytvořit husté horké plazma a udržet je stabilní při teplotě více než 80 miliónů stupňů. Toto magnetické pole je více než dvakrát silnější než pole v ostatních tokamacích podobného designu.

Státy podílející se na jednotlivých částech ITERu; Zdroj: ITER
Státy podílející se na jednotlivých částech ITERu

Nový tokamak ITER budovaný ve Francii bude mít přibližně 800krát větší objem fúzní komory než Alcator C-Mod, ale bude pracovat se slabším magnetickým polem. ITER předpokládá dosažení tlaku plazmatu o velikosti 2,6 atmosfér a podle nedávné zprávy vydané ministerstvem energetiky bude připraven k plnému provozu v roce 2032.

Pro pochopení užitečnosti designu Alcatoru C-Mod pro výrobu elektrické energie lze zmínit projekt skupiny odborníků na fúzi z MIT na nové vysokoteplotní supravodiče, který umožní vytvořit silnější magnetické pole při snížení spotřeby elektrické energie nebo vyprodukovaného tepla. Tyto supravodiče jsou hlavní součástí pilotního projektu výstavby ARC reaktoru (Affordable, Robust, Compact), který by dokázal generovat 250 MW elektrického výkonu.

Vědci, studenti a členové týmu okolo tokamaku Alcator C-Mod dnes (20. října) od 13:00 EDT (19:00 našeho času) budou diskutovat o tématu fúzních reaktorů v diskuzi s podtitulem „Zeptejte se na cokoliv“ na portálu Reddit.

Zdroj použitých fotografií: ITER

Komentáře

0 komentářů ke článku "undefined"

Přidat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *