Kodolsintēzes jauda gandrīz gadsimta garumā ir bijis zinātnieku, vides aizstāvju un futūristu sapnis. Pēdējās desmitgadēs zinātnieki ir mēģinājuši atrast veidu, kā radīt ilgtspējīgas kodolsintēzes reakcijas, kas cilvēkiem nodrošinātu tīru, bagātīgu enerģiju, kas beidzot izjauktu mūsu atkarību no fosilā kurināmā un citām nešķīstām metodēm.
Pēdējos gados ir izdarīti daudzi pozitīvi soļi, kas “kodolsintēzes laikmetu” tuvina realitātei. Pavisam nesen zinātnieki strādāja ar eksperimentālo uzlaboto supravadošo tokamaku (EAST) - aka. “Ķīniešu mākslīgā saule” - uzstādiet jaunu rekordu ūdeņraža plazmas pārkarsēšanas mākoņos līdz vairāk nekā 100 miljoniem grādu - temperatūra ir sešas reizes karstāka nekā pati Saule!
Kamēr zinātnieki spēj sakausēt ūdeņraža atomus, lai iegūtu enerģiju, klupšanas akmens vienmēr ir sasniedzis tā dēvēto “līdzsvara punktu”. Šeit enerģija, ko rada pašpietiekama saplūšanas reakcija, ir vienāda ar enerģiju, kas nepieciešama tās ierosināšanai. Un, kamēr mēs vēl neesam sasnieguši šo punktu, zinātnieki visu laiku kļūst tuvāk.
Pašlaik divas populārākās kodolsintēzes enerģijas iegūšanas metodes ir inerciālās norobežošanas pieeja un tokamaka reaktors. Pirmajā gadījumā lāzerus izmanto, lai sakausētu deitērija (H² vai “smagā ūdeņraža”) granulas, lai radītu saplūšanas reakciju. Pēdējā minētajā procesā tiek iesaistīta trosa formas norobežošanas kamera, kurā magnētiskie lauki un iekšējā strāva tiek ierobežota ar augstas enerģijas plazmu.
Pārkarsējot šo plazmu un saglabājot tās stabilitāti, var radīt pašpietiekamu saplūšanas reakciju. Kamēr citi tokamaka reaktori paļaujas uz magnētiskajām spolēm, lai noturētu plazmas torusu, ķīniešu EAST reaktors paļaujas uz magnētiskajiem laukiem, ko rada pati kustīgā plazma, lai kontrolētu torusu. Tas padara to mazāk stabilu, bet ļauj fiziķiem palielināt siltuma līmeni.
Pēc četrus mēnešus ilgas kampaņas EAST zinātnes komanda spēja integrēt četrus sildīšanas enerģijas veidus, lai sasniegtu jaunu temperatūras rekordu. Tajos ietilpa zemāka hibrīda viļņu sildīšana, elektronu ciklotrona viļņu sildīšana, jonu ciklotrona rezonanses sildīšana un neitrālā starojuma jonu sildīšana. Izmantojot šīs kombinētās metodes, tika optimizēts plazmas strāvas blīvuma profils.
Kad zinātnieku komandai izdevās optimizēt četru dažādu sildīšanas metožu savienošanu, viņi spēja izveidot lādētu daļiņu mākoni, kas saturēja elektronus, kas uzsildīti līdz vairāk nekā 100 miljoniem ° C. Viņi arī pārsniedza jaudas iesmidzināšanas līmeni 10 megavati (MW) un palielināja plazmā uzkrāto enerģiju līdz 300 kilodžouliem (kJ).
Šī nav pirmā reize, kad CASHIPS zinātnieki ziņo par kodolsintēzes atskaites punkta sasniegšanu. 2016. gadā komanda paziņoja, ka ir ražojusi ūdeņraža gāzi, kas ir trīs reizes karstāka nekā Saules kodols (aptuveni 50 miljoni ° C; 90 miljoni ° F), un ir spējusi uzturēt šo temperatūru rekordlielai 102 sekundes.
Ar šo jaunāko eksperimentu EAST komanda ne tikai divkāršoja plazmas toru temperatūru (uzstādot jaunu rekordu), bet arī spēja atrisināt vairākus jautājumus, kas ir izšķiroši, lai sasniegtu operācijas līdzsvara stāvoklī. Piemēram, viņi izlēma par daļiņu un enerģijas izplūdes gāzu ierobežošanu, kuras laika grafikam ir jābūt pareizam, lai uzturētu ilgstošu saplūšanas reakciju.
Eksperimentā tika iegūti arī galvenie dati siltuma izplūdes, transporta un pašreizējo piedziņas modeļu validēšanai, un tas viss būs izšķiroši vairāku lielu kodolsintēzes projektu realizācijā. Tajos ietilpst Starptautiskais eksperimentālais kodoltermiskais reaktors (ITER), Ķīnas kodolsintēzes inženierijas testa reaktors (CFETR) un DEMOnstration spēkstacija (DEMO).
Sākotnēji tā tika uzcelta 2006. gadā, EAST ir kļuvusi par pilnībā atvērtu pārbaudes iestādi, kas ļauj pasaules zinātniskajai kopienai veikt līdzsvara stāvokļa operācijas un fizikas pētījumus. Un, ņemot vērā to, ka EAST komandai atkal izdevās radīt temperatūras apstākļus, kas ievērojami pārsniedza Sauli, segvārds “ķīniešu mākslīgā saule” diez vai šķiet kā izstiepums!
Tīras enerģijas vecums tuvojas, un ne mirkli pārāk drīz!
