Fuusiovoima on ollut tutkijoiden, ympäristönsuojelijoiden ja futuristien unelma unelma lähes vuosisadan ajan. Viime vuosikymmenien ajan tutkijat ovat yrittäneet löytää tavan luoda kestäviä fuusioreaktioita, jotka tarjoavat ihmisille puhdasta, runsasta energiaa, joka lopulta katkaisee riippuvuutemme fossiilisista polttoaineista ja muista epäpuhtaista menetelmistä.
Viime vuosina on tehty monia myönteisiä askeleita, jotka tuovat ”fuusiokauden” lähemmäksi todellisuutta. Äskettäin tutkijat, jotka työskentelevät kokeellisen edistyneen suprajohtavan tokamakin (EAST) kanssa, tunnetaan myös nimellä. "Kiinan keinotekoinen aurinko" - asettaa uuden ennätyksen kuumentamalla vetyplasman pilviä yli sataan miljoonaan asteeseen - lämpötila on kuusi kertaa kuumempi kuin itse aurinko!
Vaikka tutkijat kykenevät sulauttamaan vetyatomeja energian tuottamiseksi, kompastuskivi on aina saavuttanut niin sanotun ”break-point” -kohdan. Tässä on itsepysyvän fuusioreaktion tuottama energia yhtä suuri kuin sen käynnistämiseen tarvittava energia. Ja vaikka emme ole vielä saavuttaneet tätä pistettä, tutkijat ovat lähemmäs koko ajan.
Tällä hetkellä kaksi suosituinta menetelmää fuusiovoiman tuottamiseksi ovat inertiaalinen sulkeutumislähestymistapa ja tokamak-reaktori. Edellisessä tapauksessa lasereita käytetään sulamaan deuteriumpelletit (H2 tai ”raskas vety”) fuusioreaktion aikaansaamiseksi. Viimeksi mainitussa prosessiin sisältyy toruksen muotoinen sulkemiskammio, joka käyttää magneettikenttiä ja sisäistä virtaa korkean energian plasman rajoittamiseen.
Kuumentamalla tämä plasma ylikuumentamalla ja pitämällä sen vakaa, voidaan luoda itsestään kestävä fuusioreaktio. Kun taas tokamakkireaktorit luottavat magneettikäämiin pitämään plasmapektrin vakaana, kiinalainen EAST-reaktori luottaa itse liikkuvan plasman tuottamiin magneettikenttiin pitääkseen toruksen kurissa. Tämä tekee siitä vähemmän vakaan, mutta antaa fyysikoille mahdollisuuden nostaa lämpöä.
Neljän kuukauden mittaisen kampanjan jälkeen EAST-tutkimusryhmä pystyi integroimaan neljä lämmityntyyppiä uuden lämpötilarekisterin saavuttamiseksi. Näihin sisältyivät alempi hybridi-aaltolämmitys, elektronisyklotroniaaltolämmitys, ionisyklotronresonanssilämmitys ja neutraalisäteen ionilämmitys. Näiden yhdistettyjen menetelmien avulla plasmavirran tiheysprofiili optimoitiin.
Kun tiederyhmä onnistui optimoimaan neljän eri kuumennustekniikan kytkemisen, he pystyivät luomaan varautuneiden hiukkasten pilven, jotka sisälsivät yli 100 miljoonaan ° C: seen kuumennettuja elektroneja. Ne myös ylittivät 10 megawatin (MW) tehonsyöttötason ja kasvattivat plasmavarastoidun energian arvoon 300 kilojoulea (kJ).
Tämä ei ole ensimmäinen kerta, kun CASHIPS-tutkijat ovat ilmoittaneet saavuttavansa fuusion virstanpylvään. Vuonna 2016 joukkue ilmoitti tuottavansa vetykaasua, joka oli kolme kertaa kuumempi kuin Auringon ydin (noin 50 miljoonaa ° C; 90 miljoonaa ° F), ja pystyivät ylläpitämään tämän lämpötilan ennätyksellisesti 102 sekuntia.
Tämän viimeisimmän kokeen avulla EAST-ryhmä ei vain kaksinkertaistanut plasmavoiman lämpötilaa (asettamalla uuden ennätyksen), vaan onnistui myös ratkaisemaan joukon asioita, jotka ovat välttämättömiä vakaan tilan toimintojen saavuttamiseksi. Esimerkiksi he päättivät hiukkasten ja pakokaasujen rajoittamisen, joiden ajoituksen on oltava aivan oikea jatkuvan fuusioreaktion ylläpitämiseksi.
Koe antoi myös avaintietoja lämmönpoisto-, kuljetus- ja nykyisten käyttömallien validointiin, jotka kaikki ovat ratkaisevan tärkeitä useiden suurten fuusiohankkeiden toteuttamiselle. Näitä ovat kansainvälinen lämpöydinkoereaktori (ITER), Kiinan fuusiotekniikan testireaktori (CFETR) ja DEMOnstration -voimalaitos (DEMO).
Alun perin vuonna 2006 rakennetusta EAST: stä on tullut täysin avoin testilaitos, jonka avulla globaali tiedeyhteisö voi suorittaa vakaan tilan toimintoja ja fysiikan tutkimusta. Ja kun otetaan huomioon, että EAST-joukkue onnistui jälleen kerran luomaan lämpöolosuhteet selvästi aurinkoa korkeammiksi, lempinimi ”Kiinan keinotekoinen aurinko” tuntuu tuskin venytykseltä!
Puhtaan energian aikakausi lähenee, eikä hetki liian pian!
