Cercetătorii care lucrează cu „soarele artificial” al Chinei au reușit să depășească o barieră fundamentală în studiul plasmei de fuziune: limita de densitate pe care, timp de decenii, oamenii de știință au considerat-o imposibil de depășit. Experimentul a demonstrat că plasma poate rămâne stabilă chiar și la densități extreme, dacă interacțiunea sa cu pereții reactorului este atent controlată. Descoperirea elimină un obstacol major care a frânat progresul către aprinderea fuziunii și ar putea permite viitoarelor reactoare să producă mai multă energie, scrie Science Daily.
Oamenii de știință care operează tokamakul Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) au reușit să atingă ceea ce teoria anticipa de mult: un „regim fără limită de densitate” în experimentele de fuziune. În acest regim, plasma își păstrează stabilitatea chiar și atunci când densitatea crește mult peste limitele tradiționale. Rezultatele, publicate pe 1 ianuarie în revista Science Advances, oferă o nouă perspectivă asupra modului în care una dintre cele mai persistente bariere fizice din calea energiei de fuziune ar putea fi, în sfârșit, depășită.
Studiul a fost coordonat de profesorul Ping Zhu de la Universitatea de Știință și Tehnologie Huazhong și de profesorul asociat Ning Yan de la Institutele de Fizică Științifică din Hefei, parte a Academiei Chineze de Științe. Prin dezvoltarea unei noi metode de operare la densitate ridicată pentru EAST, echipa a arătat că densitatea plasmei poate fi împinsă mult peste limitele empirice cunoscute, fără a declanșa instabilitățile disruptive care, de obicei, duc la oprirea experimentelor. Descoperirea contrazice presupuneri vechi de zeci de ani despre comportamentul plasmei în tokamakuri la densități mari.
De ce limitele de densitate au frânat fuziunea
Fuziunea nucleară este considerată pe scară largă o potențială sursă de energie curată și sustenabilă. În cazul fuziunii deuteriu–tritiu, combustibilul trebuie încălzit la aproximativ 13 keV (circa 150 de milioane de grade Kelvin) pentru a atinge condiții optime. La asemenea temperaturi, cantitatea de energie produsă crește proporțional cu pătratul densității plasmei. Cu toate acestea, experimentele cu tokamakuri au fost mult timp limitate de o densitate maximă: odată depășită, plasma devine instabilă și pune în pericol funcționarea dispozitivului. Aceste instabilități au reprezentat unul dintre cele mai mari obstacole în creșterea performanței fuziunii.
O nouă teorie, cunoscută sub numele de plasma-wall self organization – PWSO, oferă o explicație diferită pentru apariția acestor limite. Conceptul a fost propus inițial de D.F. Escande și colaboratorii săi de la Centrul Național Francez pentru Cercetare Științifică și Universitatea Aix-Marseille. Potrivit teoriei PWSO, un regim fără limită de densitate poate apărea atunci când interacțiunea dintre plasmă și pereții metalici ai reactorului ajunge într-un echilibru fin controlat, în care procesele fizice de eroziune a materialului joacă un rol dominant.
Experimentele realizate pe EAST au oferit prima confirmare experimentală a acestei teorii. Cercetătorii au controlat cu atenție presiunea inițială a gazului de combustibil și au aplicat încălzire prin rezonanță ciclotronică a electronilor încă din faza de pornire a fiecărei descărcări. Această strategie a permis optimizarea interacțiunii plasmă–perete încă de la început. Ca urmare, acumularea de impurități și pierderile de energie au fost reduse semnificativ, iar densitatea plasmei a putut crește constant până la finalul fazei de pornire. În aceste condiții, EAST a intrat cu succes în regimul fără limită de densitate prezis de PWSO, menținând o funcționare stabilă la valori de densitate mult peste limitele empirice cunoscute.
Ce înseamnă asta pentru aprinderea fuziunii
Rezultatele experimentale oferă o nouă înțelegere a modului în care bariera de densitate, considerată mult timp de netrecut în operarea tokamakurilor, ar putea fi depășită în drumul către aprinderea fuziunii.
„Concluziile sugerează o cale practică și scalabilă pentru extinderea limitelor de densitate în tokamakuri și în viitoarele dispozitive de fuziune cu plasmă în ardere”, a declarat profesorul Ping Zhu.
Ştiri video recomandate
