"Veštačko Sunce" pomerilo granice fizike: Kineski proboj u fuziji

Ovo dostignuće, objavljeno u časopisu Science Advances, predstavlja važan korak napred u globalnim naporima za razvoj gotovo neograničenog izvora čiste energije.

U Eksperimentalnom naprednom superprovodljivom tokamaku (EAST), naučnici su uspeli da održe plazmu – visokoenergetsko četvrto agregatno stanje materije – stabilnom pri izuzetno visokim gustinama, što se do sada smatralo jednom od najvećih prepreka u razvoju nuklearne fuzije, navodi se u saopštenju Kineske akademije nauka.

"Ova otkrića ukazuju na praktičan i skalabilan put za pomeranje granica gustine u fuzionim uređajima sledeće generacije sa gorućom plazmom", izjavio je koautor studije Ping Džu (Ping Zhu), profesor na Univerzitetu nauke i tehnologije Kine.

EPA/ALEX PLAVEVSKI

Potencijal i izazovi fuzione energije

Nuklearna fuzija nudi potencijal za proizvodnju energije bez značajnog nuklearnog otpada i bez emisija gasova staklene bašte koje nastaju sagorevanjem fosilnih goriva. Iako bi ovo otkriće moglo ubrzati razvoj ovog izvora energije, tehnologija je i dalje u velikoj meri eksperimentalna.

Fuzioni reaktori razvijaju se više od 70 godina i uglavnom troše više energije nego što proizvedu. Zbog toga je malo verovatno da će fuzija predstavljati rešenje za aktuelnu klimatsku krizu, ali bi mogla postati ključni izvor energije u budućnosti.

Fuzioni reaktori funkcionišu spajanjem dva laka atoma u jedan teži, pri čemu se oslobađa energija, slično procesima koji se odvijaju na Suncu. Pošto je pritisak u zemaljskim reaktorima znatno niži nego na Suncu, naučnici to nadoknađuju zagrevanjem plazme na temperature znatno više od Sunčevih.

Prevazilaženje Grinvoldove granice

Kineski EAST je tokamak – reaktor sa magnetnim zadržavanjem, dizajniran da održava goruću plazmu u komori oblika prstena pomoću snažnih magnetnih polja. Jedna od ključnih prepreka u istraživanju fuzije je takozvana Grinvoldova granica (Greenwaldov limit) – oko 100 milijardi milijardi čestica po kubnom metru – iznad koje plazma obično postaje nestabilna.

Iako veće gustine plazme omogućavaju više sudara atoma i smanjuju energetski trošak reakcije, nestabilnost prekida fuzioni proces.

Kako bi prevazišli ovaj problem, naučnici na EAST-u kontrolisali su interakciju plazme sa zidovima reaktora upravljanjem početnog pritiska gorivnog gasa i zagrevanjem putem elektronske ciklotronske rezonancije. Na taj način uspeli su da održe plazmu stabilnom pri gustinama 1,3 do 1,65 puta većim od Grinvoldove granice, što je znatno iznad uobičajenog radnog opsega tokamaka.

Globalni kontekst i budućnost

Ovo nije prvi put da je Grinvoldova granica premašena. Slične rezultate postigao je američki tokamak DIII-D 2022. godine, a 2024. istraživači sa Univerziteta Viskonsin–Medison (University of Wisconsin–Madison) objavili su da su održali stabilnu plazmu pri gustini oko deset puta većoj od Grinvoldove granice.

Međutim, dostignuće na EAST-u omogućilo je naučnicima da po prvi put zagreju plazmu do stanja poznatog kao "režim bez granice gustine", u kojem plazma ostaje stabilna i pri daljem povećanju gustine.

Napredak ostvaren na reaktoru EAST, kao i u Sjedinjenim Američkim Državama, biće iskorišćen u razvoju novih reaktora, uključujući Međunarodni termonuklearni eksperimentalni reaktor (ITER) u Francuskoj.

ITER je projekat saradnje više desetina zemalja, uključujući Kinu i SAD, sa ciljem izgradnje najvećeg tokamaka na svetu. Očekuje se da ITER započne fuzione reakcije punog obima 2039. godine, što bi moglo otvoriti put ka komercijalnim fuzionim elektranama