Fúzní elektrárna ARC od CFS: Ověřený design slibuje 400 MW čisté energie a řeší klíčové výzvy

Společnost Commonwealth Fusion Systems (CFS) potvrdila klíčové fyzikální předpoklady pro svou připravovanou fúzní elektrárnu ARC. Ověření proběhlo na základě recenzované studie publikované v časopise Journal of Plasma Physics.

Společnost Commonwealth Fusion Systems (CFS) potvrdila klíčové fyzikální předpoklady pro svou připravovanou fúzní elektrárnu ARC. Ověření proběhlo na základě recenzované studie publikované v časopise Journal of Plasma Physics. Výzkum potvrdil, že design reaktoru ARC je v souladu se známými fyzikálními principy, což firmě umožňuje přesunout se k detailnímu inženýrství hardwaru.

Reaktor ARC je typu tokamak, což je zařízení ve tvaru koblihy, které využívá magnetická pole k udržení superhorkého plazmového paliva. Jeho design rozšiřuje technologii vysokoteplotních supravodivých (HTS) magnetů, které se používají v demonstračním tokamaku SPARC, jenž je v současné době ve výstavbě v Massachusetts a má prokázat čistý energetický zisk. Díky podobnému uspořádání obou strojů budou technická data ze SPARC přímo využita k vylepšení komerční elektrárny ARC.

Podle ověřených modelů bude elektrárna ARC produkovat přibližně 1,1 gigawattu (GW) fúzního výkonu, z čehož bude generováno 400 megawattů (MW) čisté elektřiny pro rozvodnou síť. Superpočítačové simulace designu ARC verze 3A stanovily jeho základní specifikace. Hlavní poloměr elektrárny ARC – vzdálenost od středu tokamaku k nejžhavější části plazmatu uvnitř vakuové komory ve tvaru koblihy – bude přibližně 4,6 metru, což je výrazně více než 1,85 metru u SPARC. Systém, poháněný HTS magnety, bude udržovat osové magnetické pole o síle 11,4 tesla a elektrický proud plazmatu 12 megaampér. Pro zajištění stabilní dodávky elektřiny je elektrárna navržena tak, aby fungovala s 15minutovými fúzními pulzy, po nichž následují 1minutové pauzy.

Studie rovněž popisuje, jak design ARC řeší klíčové inženýrské výzvy magnetického udržení fúze. Zaprvé, pro zvládání intenzivního odpadního tepla v kompaktní struktuře využívá ARC prodloužený systém dvojitého divertoru v horní a dolní části tokamaku. Vstřikování malého množství neonového nebo argonového plynu ochlazuje okraj plazmatu, dokud se neodpojí od vnitřních stěn. To znamená, že horké plazma se nedotýká povrchu, ale „odpojuje se“, čímž se vytváří doslovný polštář relativně studeného plynu, který chrání stěny před teplem plazmatu.

Zadruhé, inženýrský návrh počítá s plazmovými poruchami, které mohou ukončit plazma o teplotě 150 milionů stupňů Celsia během milisekund a generovat silné mechanické síly. Namísto snahy zcela zabránit poruchám je ARC navržena tak, aby zvládla přibližně jednu poruchu denně a rychle se restartovala. Když je porucha bezprostřední, systém vstřikuje neonový a vodíkový plyn, aby bezpečně vyzářil energii ve formě světla, zatímco specializovaný magnet Runaway Electron Mitigation Coil rozptyluje škodlivé elektronové paprsky.