Vědci v USA testují revoluční palivo pro fúzi: Až o 80 % více energie s menší spotřebou

Vědci ve Spojených státech provádějí průlomové testy spinově polarizovaného jaderného paliva uvnitř tokamaků, které pracují při teplotách kolem 100 milionů stupňů Celsia.

Vědci ve Spojených státech provádějí průlomové testy spinově polarizovaného jaderného paliva uvnitř tokamaků, které pracují při teplotách kolem 100 milionů stupňů Celsia. Cílem tohoto výzkumu je prozkoumat mnohem účinnější cestu k jaderné fúzi prostřednictvím zarovnání částic, což by mohlo zásadně změnit budoucí energetiku.

Projekt, vedený výzkumným týmem z Thomas Jefferson National Accelerator Facility amerického ministerstva energetiky (DOE), má za úkol posoudit, zda spinová polarizace – metoda široce používaná v jaderné fyzice – dokáže přežít extrémní podmínky uvnitř fúzních zařízení s magnetickým omezením. Podle vědců je tato práce součástí širšího úsilí o vývoj nového, inovativního přístupu k využití síly hvězd pro světovou elektrickou síť. Xiangdong Wei, fyzik z Jefferson Lab a spoluvedoucí studie, zdůraznil, že cílem je získávat energii s co nejmenším množstvím materiálu. „Se správným zarovnáním může trocha paliva vyvolat mnohem větší oheň, a tuto energii pak můžete využít pro další kolo fúze,“ vysvětlil.

Experimenty probíhají na tokamaku DIII-D (D3D), největším v Severní Americe a přední platformě pro testování technologií pro budoucí reaktory, jako je ITER. Matthew Lanctot z DOE Office of Science uvedl, že projekt spinově polarizované fúze (SPF) je cílenou investicí, která posouvá plán DOE pro fúzi. Nový přístup spočívá v zarovnání vlastního spinu částic, kvantové vlastnosti, která se chová jako malý magnet. Teorie předpokládá, že pokud částice směřují stejným směrem (jsou spinově polarizované), může to výrazně zvýšit pravděpodobnost fúzních reakcí přibližně o 50 procent a zároveň zvýšit celkový energetický výstup až o 80 procent, a to vše s menší spotřebou paliva.

Pro testování konceptu tým používá deuterium a helium-3, dva izotopy s příznivými vlastnostmi. Zatímco většina současných fúzních experimentů spoléhá na palivo deuterium-tritium (D-T), tritium je vzácné a radioaktivní. Helium-3 má podobnou dynamiku spinu bez stejných problémů s dodávkami a bezpečností. Phillip Dobrenz z Jefferson Lab dodal, že tritium lze vyrobit pomocí reakce neutronu s lithiem, takže s fúzí prakticky neexistuje žádné omezení dodávek paliva.

Helium-3 se polarizuje pomocí technik inspirovaných lékařskými MRI systémy. Jakmile je palivo připraveno, musí být pečlivě transportováno a vstříknuto do tokamaku, aniž by ztratilo své zarovnání. Tento proces trvá milisekundy a vyžaduje přesnou kontrolu kryogeniky a magnetických polí. V první fázi tým získal deuterid lithia (LiD), který byl připraven v Oak Ridge pro tvorbu pelet. LiD je při pokojové teplotě pevný, snadno se skladuje a transportuje, ale obtížně se polarizuje.

Další fáze se zaměří na vybudování a integraci celého systému, včetně vstřikovačů pelet a diagnostických nástrojů pro měření, zda polarizace přežije v plazmatu o teplotě 100 milionů Kelvinů. Finální experimenty, očekávané do roku 2030, budou analyzovat fúzní produkty, aby potvrdily účinek. Pokud bude projekt úspěšný, spinově polarizované palivo by mohlo umožnit menší a levnější fúzní reaktory s méně přísnými požadavky na zapálení a urychlit cestu ke komerční fúzní energii. „Úspěch projektu by v rámci fúzního průmyslu vytvořil zcela nové výzkumné pole,“ uzavřel Dobrenz.