Magnetické ostrovy v tokamaku. Kredit: DIII-D National Fusion Facility.

Z vývoje fúzní energetiky se během uplynulých desítek stalo hledání svatého grálu. Nekonečné putování za něčím, co je nesmírně cenné, ale bohužel (téměř) nedosažitelné. Situace už nazrála tak, že vědcům určitě nemá cenu spílat, že ještě nestojí žádné fúzní elektrárny. Zaslouží si naopak náš obdiv, že to nevzdávají. Bez ironie. Je to sice stále jen pomalé, ale víceméně postupujeme vpřed.

Vlevo Allan Reiman, vpravo jeho kolega Nat Fisch. Kredit: Elle Starkman/PPPL Office of Communications.

Než si konečně tady dole na Zemi zažehneme naše malá Slunce, která nám zařídí (téměř) neomezený zdroj energie, tak je ještě nutné vyřešit spoustu technických problémů. Jedním z nich je i stabilizace přehřátého plazmatu (super-heated plasma)v e fúzních reakcích. Na tom teď dělají v Princetonu a nedávno přišli s novou technologií vylepšené stabilizace plazmatu ve fúzním reaktoru. Jsou přesvědčeni, že jich řešení by mohl využít pozvolna budovaný tokamak ITER v jižní Francii, který by snad mohl být spuštěn v roce 2025. Jejich výzkum publikoval časopis Physical Review Letters.

Vedoucí výzkumu Alan Reiman z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) a jeho kolegové se zaměřili na struktury v plazmatu, kterým se říká magnetické ostrovy (magnetic islands). Tyto „ostrovy“ bublinoidních tvarů jsou klíčovým projevem nestability v plazmatu a mohou způsobovat závažná narušení plazmatu, dovedou sabotovat fúzní experimenty, a když na to přijde, tak mohou i poškodit samotný fúzní reaktor.

ITER, staveniště v dubnu 2018. Kredit: Oak Ridge National Laboratory.

Fúzní vědci vlastně už v osmdesátých letech zjistili, že vysokofrekvenční nebo též radiofrekvenční (RF, podle anglického Radio Frequency) vlny mohou ovlivňovat plazma ve fúzních reakcích a přispívat k jeho stabilizaci. Doposud si ale nikdo nevšiml, že tento proces stabilizace plazmatu je možné ještě podstatně vylepšit, pokud v plazmatu dochází k malým výkyvům teploty (temperature perturbations).

Právě tento mechanismus objevil Reimanův tým. Funguje to tak, že výkyvy teploty plazmatu ovlivňují proud ve vlečném režimu (strengh of current drive) a také míru vlivu radiofrekvenčních vln na magnetické ostrovy v plazmatu. Výkyvy teploty plazmatu a vliv radiofrekvenčních vln na magnetické ostrovy na sebe vzájemně působí ve složité a nelineární zpětné vazbě. Výsledkem těchto složitých vztahů je zlepšení stabilizace plazmatu a bránění růstu nebo i vzniku magnetických ostrovů.

Podle Reimana může být jejich nová metoda stabilizace plazmatu obzvláště přínosná pro ITER. Odborníci se totiž v současné době obávají, že by velké magnetické ostrovy v plazmatu mohly vytoužený tokamak ITER poškodit, tedy až bude konečně spuštěný. Držme jim palce, aby tokamaky opravdu fungovaly.

Video:  ITER by drone - August 2018


Literatura
DOE/Princeton Plasma Physics Laboratory 8. 1. 2019, Physical Review Letters 121: 225001.