Fuusiovoima on ollut tutkijoiden, ympäristönsuojelijoiden ja futuristien kuumeinen unelma lähes vuosisadan ajan. Tiedemiehet ovat viime vuosikymmeninä yrittäneet löytää tapaa luoda kestäviä fuusioreaktioita, jotka tarjoaisivat ihmisille puhdasta, runsasta energiaa, mikä lopulta katkaisisi riippuvuutemme fossiilisista polttoaineista ja muista epäpuhtaista menetelmistä.
Viime vuosina on otettu monia myönteisiä harppauksia, jotka ovat tuoneet 'fuusioaikakauden' lähemmäs todellisuutta. Viime aikoina tutkijat työskentelevät Kokeellinen edistynyt suprajohtava tokamak (EAST) – alias. 'Kiinan keinotekoinen aurinko' - teki uuden ennätyksen ylikuumentamalla vetyplasmapilviä yli 100 miljoonaan asteeseen - lämpötila, joka on kuusi kertaa kuumempi kuin itse aurinko!
Vaikka tiedemiehet pystyvät yhdistämään vetyatomeja energian tuottamiseksi, kompastuskivenä on aina ollut niin sanotun 'katkotulospisteen' saavuttaminen. Tässä itsestään jatkuvan fuusioreaktion tuottama energia on yhtä suuri kuin sen käynnistämiseen tarvittava energia. Ja vaikka emme ole vielä päässeet tähän pisteeseen, tiedemiehet lähestyvät koko ajan.
Plasman elektronilämpötila yli 100 miljoonaa astetta saavutettiin vuonna 2018 EAST:llä. Luotto: EAST-tiimi
Tällä hetkellä kaksi suosituinta menetelmää fuusiovoiman tuottamiseen ovat inertiarajoitusmenetelmä ja tokamak-reaktori. Edellisessä tapauksessa lasereita käytetään sulattamaan deuteriumpellettejä (H² tai 'raskas vety') fuusioreaktion aikaansaamiseksi. Jälkimmäisessä prosessissa on toruksen muotoinen sulkukammio, joka käyttää magneettikenttiä ja sisäistä virtaa korkeaenergisen plasman rajoittamiseen.
Tulikuumentamalla tätä plasmaa ja pitämällä sen vakaana voidaan luoda itseään ylläpitävä fuusioreaktio. Kun muut tokamak-reaktorit luottavat magneettikäämiin pitämään plasmatoruksen vakaana, kiinalainen EAST-reaktori luottaa itse liikkuvan plasman tuottamiin magneettikenttiin pitääkseen toruksen kurissa. Tämä tekee siitä vähemmän vakaata, mutta antaa fyysikkojen mahdollisuuden lisätä lämpötasoja.
Neljä kuukautta kestäneen kampanjan jälkeen EAST-tiederyhmä onnistui integroimaan neljä lämmitystehoa saavuttaakseen uuden lämpötilaennätyksen. Näitä olivat alempi hybridiaaltolämmitys, elektronisyklotroniaaltolämmitys, ionisyklotroniresonanssilämmitys ja neutraalisäteen ionilämmitys. Näiden yhdistettyjen menetelmien avulla plasman virrantiheysprofiili optimoitiin.
Kun tiederyhmä onnistui optimoimaan neljän eri lämmitystekniikan kytkennän, he pystyivät luomaan varautuneiden hiukkasten pilven, joka sisälsi yli 100 miljoonaan °C:een kuumennettuja elektroneja. Ne ylittivät myös 10 megawatin (MW) tehonsyöttötason ja nostivat plasman varastoidun energian 300 kilojouleen (kJ).
EAST-toimintaskenaarion laajentaminen vuonna 2018, kun sen energiarajoituksen tehostekerrointa verrataan ITERin perusskenaarioon. Luotto: EAST Team
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun CASHIPSin tutkijat ovat ilmoittaneet saavuttavansa fuusion virstanpylvään. Sisään 2016 , ryhmä ilmoitti tuottaneensa vetykaasua, joka oli kolme kertaa kuumaa kuin Auringon ydin (noin 50 miljoonaa °C; 90 miljoonaa °F), ja pystyivät ylläpitämään tämän lämpötilan ennätykselliset 102 sekuntia.
Tällä uusimmalla kokeella EAST-tiimi ei ainoastaan kaksinkertaistanut plasmatoruksen lämpötilaa (asettaen uuden ennätyksen), vaan he myös onnistuivat ratkaisemaan joukon ongelmia, jotka ovat ratkaisevan tärkeitä vakaan tilan toiminnan saavuttamiseksi. He esimerkiksi ratkaisivat hiukkasten ja tehon pakokaasujen rajoittamisen, jonka ajoituksen on oltava juuri oikea, jotta fuusioreaktio jatkuisi.
Kokeilu tarjosi myös keskeisiä tietoja lämmönpoisto-, kuljetus- ja virtakäyttömallien validoimiseksi, jotka kaikki ovat ratkaisevia useiden suurten fuusioprojektien toteuttamisessa. Näitä ovat mm Kansainvälinen lämpöydinkoereaktori (ITER), Kiinalainen fuusiotekniikan testireaktori (CFETR) ja Demonstraatiovoimala (DEMO).
Alun perin vuonna 2006 rakennetusta EAST:sta on tullut täysin avoin testilaitos, jonka avulla maailmanlaajuinen tiedeyhteisö voi suorittaa vakaan tilan toimintaa ja fysiikan tutkimusta. Ja kun otetaan huomioon, että EAST-tiimi onnistui jälleen luomaan selvästi Aurinkoa korkeammat lämpötilaolosuhteet, lempinimi 'Kiinan keinotekoinen aurinko' tuskin vaikuta venyttelyltä!
Puhtaan energian aika lähestyy, eikä hetkeäkään liian aikaisin!
Lisälukemista: Hefein fysiikan instituutit , Tiedehälytys