Branduolių sintezės galia jau beveik šimtmetį yra nuolatinė mokslininkų, aplinkosaugininkų ir futuristų svajonė. Pastaruosius kelis dešimtmečius mokslininkai bandė rasti būdą sukurti tvarias sintezės reakcijas, kurios žmonėms suteiktų švarios, gausios energijos, kuri galutinai nutrauktų mūsų priklausomybę nuo iškastinio kuro ir kitų nešvarių metodų.
Pastaraisiais metais buvo padaryta daug teigiamų žingsnių, kurie „sintezės erą“ priartino prie realybės. Visai neseniai mokslininkai, dirbantys su eksperimentiniu išplėstiniu superlaidžiu tokamaku (EAST) - dar žinomi. „Kinijos dirbtinė saulė“ - iškėlė naują rekordą, kaitinant vandenilio plazmos debesis daugiau kaip 100 milijonų laipsnių - temperatūra yra šešis kartus karštesnė nei pati Saulė!
Nors mokslininkai sugeba sulieti vandenilio atomus, kad gautų energiją, suklupimas visada siekė vadinamojo „lūžio taško“. Čia energija, kurią sukuria savaiminė sintezės reakcija, yra lygi energijai, kurios reikia jai inicijuoti. Ir nors mes dar nepasiekėme šio taško, mokslininkai visą laiką artėja.
Šiuo metu du populiariausi branduolių sintezės energijos gamybos būdai yra inercinės izoliacijos metodas ir tokamako reaktorius. Pirmuoju atveju lazeriai naudojami deuterio (H2 arba „sunkiojo vandenilio“) granulėms sulydyti, kad būtų sukurta sintezės reakcija. Pastarojoje procese naudojama toriaus formos uždarymo kamera, kuri naudoja magnetinius laukus ir vidinę srovę, kad apribotų didelės energijos plazmą.
Šildant šią plazmą ir išlaikant jos stabilumą, gali būti sukurta savaiminė sintezės reakcija. Tuo tarpu, kai kiti tokamako reaktoriai palaiko magnetinės ritės ryšį, kad plazmos torius išliktų stabilus, Kinijos EAST reaktorius, norėdamas palaikyti torą, priklauso nuo pačios judančios plazmos sukuriamų magnetinių laukų. Tai daro jį mažiau stabilų, tačiau leidžia fizikams padidinti šilumos lygį.
Po keturių mėnesių trukmės kampanijos EAST mokslo komanda sugebėjo integruoti keturių rūšių šildymo galią, kad pasiektų naują temperatūros rekordą. Tai apėmė žemesnį hibridinių bangų šildymą, elektronų ciklotrono bangų kaitinimą, jonų ciklotrono rezonanso kaitinimą ir neutralaus pluošto jonų kaitinimą. Taikant šiuos kombinuotus metodus buvo optimizuotas plazmos srovės tankio profilis.
Kai mokslo komandai pavyko optimizuoti keturių skirtingų kaitinimo būdų sujungimą, jie sugebėjo sukurti įkrautų dalelių debesį, kuriame būtų elektronai, įkaitinti daugiau nei 100 milijonų ° C temperatūroje. Jie taip pat viršijo 10 megavatų (MW) galios įpurškimo lygį ir padidino plazmoje sukauptą energiją iki 300 kilodžaulių (kJ).
Tai nėra pirmas kartas, kai CASHIPS mokslininkai pranešė pasiekę sintezės etapą. 2016 m. Komanda paskelbė, kad jie pagamino vandenilio dujas, tris kartus karštesnes už Saulės šerdį (maždaug 50 mln. ° C; 90 mln. ° F), ir sugebėjo išlaikyti šią temperatūrą rekordiškai gerai. sekundžių.
Atlikdami šį naujausią eksperimentą, EAST komanda ne tik padvigubino plazmos toruso temperatūrą (nustatydama naują rekordą), bet ir sugebėjo išspręsti daugelį klausimų, kurie yra nepaprastai svarbūs norint pasiekti pastovios būklės operacijas. Pavyzdžiui, jie išsprendė kietųjų dalelių ir energijos išmetimo izoliaciją, kurios laikas turi būti teisingas, kad būtų palaikoma nuolatinė sintezės reakcija.
Eksperimente taip pat buvo gauti pagrindiniai duomenys šilumos išmetimo, transporto ir dabartinių pavarų modelių įteisinimui, kurie visi turės lemiamos reikšmės įgyvendinant kelis svarbiausius sintezės projektus. Tai apima tarptautinį termobranduolinį eksperimentinį reaktorių (ITER), Kinijos sintezės inžinerijos bandymų reaktorių (CFETR) ir DEMOnstration elektrinę (DEMO).
Iš pradžių pastatytas 2006 m., EAST tapo visiškai atviru bandymų centru, leidžiančiu pasaulinei mokslo bendruomenei atlikti nuolatinės būklės operacijas ir atlikti fizikos tyrimus. Ir atsižvelgiant į tai, kad EAST komandai dar kartą pavyko sukurti aukštesnes nei Saulės temperatūros sąlygas, pravardė „Kinijos dirbtinė saulė“ vargu ar atrodo kaip ruožas!
Švarios energijos amžius artėja, o ne akimirką per greitai!
