Termotuumasünteesivõime on teadlaste, keskkonnakaitsjate ja futuristide unistuste unistus olnud peaaegu sajand. Viimased paarkümmend aastat on teadlased püüdnud leida viisi jätkusuutlike termotuumasünteesireaktsioonide loomiseks, mis pakuksid inimestele puhast, külluslikku energiat, mis lagundaks lõpuks meie sõltuvuse fossiilkütustest ja muudest ebapuhtatest meetoditest.
Viimastel aastatel on tehtud palju positiivseid samme, mis lähendavad termotuumasünteesi ajastut reaalsusele. Viimati töötasid eksperimentaalse ülijuhtiva tokamakiga (EAST) - aka. “Hiina tehispäike” - püstitage uus rekord vesinikuplasma ülekuumenemise pilvedes üle 100 miljoni kraadi - temperatuur on kuus korda kuumem kui Päike ise!
Kuigi teadlased on võimelised energia tootmiseks sulatama vesiniku aatomeid, on komistuskiviks alati jõutud nn murdepunktini. Siin on isemajandatud termotuumareaktsiooni toodetud energia võrdne selle käivitamiseks vajaliku energiaga. Ja kuigi me pole selleni veel jõudnud, lähenevad teadlased kogu aeg lähemale.
Praegu on kaks kõige populaarsemat termotuumasünteesi tootmiseks kasutatavat meetodit inertsuse piiramise meetod ja tokamaki reaktor. Esimesel juhul kasutatakse liitumisreaktsiooni tekitamiseks lasereid deuteerium graanulite (H2 või “raske vesinik”) sulatamiseks. Viimases hõlmab protsess torusekujulist kinnituskambrit, mis kasutab suure energiaga plasma piiramiseks magnetvälju ja sisevoolu.
Selle plasma ülekuumendamise ja selle stabiilsena hoidmise abil saab tekkida isepüsiv termotuumareaktsioon. Kui teised tokamaki reaktorid tuginevad plasma tooni stabiilsena hoidmisele magnetilistel mähistel, siis Hiina EAST-i reaktor tugineb toruse kontrolli all hoidmiseks liikuva plasma enda tekitatud magnetväljadele. See muudab selle vähem stabiilseks, kuid võimaldab füüsikutel kuumuse taset tõsta.
Pärast neli kuud kestnud kampaaniat suutis EAST-i teadusmeeskond integreerida neli tüüpi küttevõimsust, et saavutada uus temperatuurirekord. Need hõlmasid madalamat hübriidlaine kuumutamist, elektrontsüklotroni laine kuumutamist, ioontsüklotroni resonantskuumutamist ja neutraalkiire ioonide kuumutamist. Nende kombineeritud meetodite abil optimeeriti plasma voolu tiheduse profiil.
Kui teadusrühm suutis nelja erineva kuumutamistehnika ühendamise optimeerida, suutsid nad luua laetud osakeste pilve, mis sisaldas üle 100 miljoni ° C-ni kuumutatud elektrone. Samuti ületasid nad võimsussüstimist 10 megavatti (MW) ja suurendasid plasma salvestatud energiat 300 kilodžaulini (kJ).
See pole esimene kord, kui CASHIPSi teadlased on teatanud termotuumasünteesi saavutamisest. Aastal 2016 teatas meeskond, et nad on tootnud vesiniku gaasi, mis on kolm korda kuumem kui Päikese tuum (umbes 50 miljonit ° C; 90 miljonit ° F), ja suutsid seda temperatuuri säilitada rekordiliselt 102 sekundit.
Selle viimase eksperimendiga mitte ainult kahekordistas EAST-i meeskond plasma toruse temperatuuri (püstitades uue rekordi), vaid ka neil õnnestus lahendada mitmeid probleeme, mis on püsiseisundi saavutamisel üliolulised. Näiteks lahendasid nad tahkete osakeste ja heitgaasi eraldamise, mille ajastus peab olema õige, et säilitada pidev termotuumareaktsioon.
Katse andis ka põhiandmed soojuse heitgaasi, transpordi ja praeguste ajammudelite valideerimiseks, mis kõik on olulise tähtsusega mitme suurema termotuumasünteesi projekti elluviimisel. Nende hulka kuuluvad rahvusvaheline eksperimentaalne termotuumareaktor (ITER), Hiina termotuumasünteesi katsereaktor (CFETR) ja DEMOnstrationi elektrijaam (DEMO).
Algselt 2006. aastal ehitatud EAST-st on saanud täielikult avatud katserajatis, mis võimaldab globaalsel teadusringkonnal teostada püsiseisundi toiminguid ja füüsikaalaseid uuringuid. Ja arvestades, et EAST-i meeskonnal õnnestus taaskord luua temperatuur, mis ületab Päikese tunduvalt, tundub hüüdnimi “Hiina tehispäike” vaevalt venitus!
Puhta energia vanus on lähenemas ja mitte üks hetk liiga kiiresti!
