KINESKI reaktor za nuklearnu fuziju, poznat kao "umjetno Sunce", postigao je značajan napredak održavanjem plazme stabilnom pri gustoćama koje premašuju uobičajene radne parametre. Ovo postignuće, objavljeno u časopisu Science Advances, predstavlja korak naprijed u globalnim naporima za razvoj gotovo neograničenog izvora čiste energije,.

U Eksperimentalnom naprednom supravodljivom tokamaku (EAST), znanstvenici su uspjeli održati plazmu - visokoenergetsko četvrto stanje materije - stabilnom pri iznimno visokim gustoćama, što se dosad smatralo velikom preprekom u razvoju nuklearne fuzije, navodi se u priopćenju Kineske akademije znanosti.

"Otkrića sugeriraju praktičan i skalabilan put za proširenje granica gustoće u fuzijskim uređajima sljedeće generacije s gorućom plazmom", izjavio je suvoditelj studije Ping Zhu, profesor na Sveučilištu znanosti i tehnologije u Kini.

Potencijal i izazovi fuzijske energije

Nuklearna fuzija nudi potencijal za proizvodnju energije bez značajnijeg nuklearnog otpada ili emisija stakleničkih plinova koji nastaju izgaranjem fosilnih goriva. Iako bi ovo otkriće moglo ubrzati razvoj ovog izvora energije, tehnologija je i dalje uvelike eksperimentalna.

Fuzijski reaktori se razvijaju više od 70 godina i obično troše više energije nego što proizvedu. Stoga je malo vjerojatno da će fuzija predstavljati rješenje za trenutnu klimatsku krizu, no mogla bi biti ključan izvor energije u budućnosti.

Fuzijski reaktori funkcioniraju spajanjem dva laka atoma u jedan teži, pri čemu se oslobađa energija, slično procesima na Suncu. Budući da je tlak u zemaljskim reaktorima znatno niži od onog na Suncu, znanstvenici to kompenziraju zagrijavanjem plazme na temperature znatno više od Sunčevih.

Prevladavanje Greenwaldove granice

Kineski EAST je tokamak, reaktor s magnetskim zadržavanjem dizajniran da plazmu održava gorućom u komori oblika prstena pomoću snažnih magnetskih polja. Jedna od prepreka u istraživanju fuzije je takozvan Greenwaldov limit - oko 100 milijardi milijardi čestica po kubnom metru - iznad kojeg plazma obično postaje nestabilna. Iako veće gustoće plazme omogućuju više sudara atoma i smanjuju energetski trošak reakcije, nestabilnost prekida fuzijski proces.

Kako bi prevladali ovaj problem, znanstvenici na EAST-u upravljali su interakcijom plazme sa stijenkama reaktora kontroliranjem početnog tlaka gorivnog plina i zagrijavanja elektronskom ciklotronskom rezonancijom. Time su održali plazmu stabilnom pri gustoćama 1.3 do 1.65 puta višim od Greenwaldove granice, što je znatno iznad uobičajenog radnog raspona tokamaka.

Globalni kontekst i budućnost

Ovo nije prvi put da je Greenwaldova granica premašena. Slične rezultate postigao je američki tokamak DIII-D 2022. godine, a 2024. istraživači sa Sveučilišta Wisconsin-Madison objavili su da su održali stabilnu plazmu na oko 10 puta većoj gustoći od Greenwaldove granice. Međutim, postignuće na EAST-u omogućilo je znanstvenicima da po prvi put zagriju plazmu do stanja nazvanog "režim bez gustoće", u kojem plazma ostaje stabilna s povećanjem gustoće.

Napredak postignut na reaktoru EAST i u SAD-u koristit će se u razvoju novih reaktora, uključujući Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor (ITER) u Francuskoj. ITER je suradnja više desetaka zemalja, uključujući Kinu i SAD, s ciljem izgradnje najvećeg tokamaka na svijetu. Očekuje se da će ITER početi s fuzijskim reakcijama punog opsega 2039. godine, što bi moglo utrti put komercijalnim fuzijskim elektranama.