Източник: Newsweek
Автор:Pandora Dewan

Устойчивият ядрен синтез може да бъде една стъпка по-близо до реалността, след като „изкуственото слънце“ на Корея получи вълнуващо подобрение, за да издържа на температури шест пъти по-горещи от центъра на слънцето. Модернизацията ще допринесе за развитието на най-големия проект за ядрен синтез в света, ITER, включващ 35 държави, включително САЩ.
Ядреният синтез създава енергия по същия начин като нашето слънце. Процесът включва разбиване на два атома с такава сила, че те се комбинират в един, по-голям атом, освобождавайки огромни количества енергия по пътя.
За разлика от ядреното делене – ядрената реакция, която в момента се използва в енергийния сектор – термоядреният синтез не създава радиоактивни отпадъци. Той произвежда три до четири пъти повече енергия от деленето и не отделя въглероден диоксид в атмосферата, за разлика от изгарянето на изкопаеми горива. Синтезът също е много крехък процес, който ще се изключи за части от секундата, ако не се поддържат правилните условия, така че няма риск от ядрен срив.
Изследванията в областта на ядрения синтез могат да бъдат разделени на два клона: лазери и магнитно затваряне. И в двата случая участващите атоми се нагряват до свръхвисоки температури и се затварят в малка площ, което ги принуждава да се слеят.
Впечатление на художник за плазма в термоядрен реактор, използваща магнитно затваряне, за да принуди атомите да се слеят. Това е подобно на процеса, който създава енергия в центъра на слънцето.
Изкуственото слънце на Корея, известно като KSTAR, е едно от многото устройства за синтез, което разчита на магнитно задържане, използвайки устройство с форма на поничка, наречено токамак. Устройството използва серия от мощни магнити, за да съдържа кръгов поток от супер гореща плазма – четвърто състояние на материята, което се създава, когато атомите се нагряват до толкова високи температури, че се разкъсват, което води до супа от отрицателно заредени електрони и положително заредени йони.
Тези положително заредени йони обикновено се отблъскват един друг, но в слънцето високото налягане се създава от неговите интензивни гравитационни сили, които изтласкват йоните заедно и преодоляват това отблъскване. Въпреки това, на Земята е почти невъзможно да се възпроизведе това, така че плазмата трябва да се нагрява още повече до температури приблизително шест пъти по-горещи от центъра на слънцето или повече.
Създаването на тези температури изисква много енергия, поради което учените все още не са успели да извлекат значително повече енергия от реакция на синтез, отколкото влагат.
Освен тези огромни енергийни изисквания, материалите, използвани в реакторите за термоядрен синтез, трябва да могат да издържат на изгарящо горещи температури. Основната част от реактора, която влиза в пряк контакт с плазмата, се нарича дивертор, който действа като изпускателна система за реакционната камера. В резултат на това този компонент трябва да бъде най-устойчив на високите температури на плазмата на синтеза.
Първоначално KSTAR е снабден с въглероден дивертор поради високата си точка на топене. Въпреки това, когато плазмените частици се сблъскат в сравнително малките въглеродни атоми в стените на дивертора, те временно се залепват за повърхността, губят по-голямата част от енергията си и по този начин ограничават колко дълго може да се поддържа цялостната реакция.
Затова учените предлагат да се използва волфрам, метал с точка на топене, почти равна на въглерода, но с много по-голяма атомна маса. Тези по-големи волфрамови атоми са по-склонни да отразяват плазмените частици от повърхността си, което позволява по-голямата част от тяхната енергия да бъде рециклирана обратно в плазмата и да поддържа реакцията за много по-дълги периоди.
За да се улеснят тези разширени реакции, KSTAR е наскоро снабден с волфрамов дивертор. В миналото KSTAR е можела да работи до 30 секунди при температури от 100 милиона градуса по Целзий (което всъщност е доста дълго време по стандартите за синтез). Но с този нов ъпгрейд новата цел е до края на 2026 г. да постигнем 300 секунди.
Въпреки че тази цел е впечатляваща, това не е първият път, когато се постига такава разширена цел за реакция. През 2023 г. китайският експериментален усъвършенстван свръхпроводящ токамак (EAST) успя да генерира, поддържа и ограничава плазмата за 403 секунди в режим на високо задържане – състояние, което поддържа висока температура и плътност на частиците и поставя основите за по-ефективно производство на електроенергия.
Въпреки това южнокорейският екип се надява, че тяхното надграждане ще даде възможност на KSTAR да допринесе с по-точни данни за разработването и оптимизирането на ITER, най-голямата токамак машина в света, която в момента се строи във Франция. Очаква се ITER да произведе първата си плазма в края на 2025 г., като пълномащабните операции ще започнат през 2035 г.