Experimenty probíhaly v tokamaku DIII-D v San Diegu. Kredit: General Atomics.

Jak můžeme vidět na obloze každým dnem i každou nocí, fúze je úchvatným zdrojem energie. Jenom si ji musíme ochočit, což není zrovna snadné. Ovládnutí fúze přináší spoustu problémů, s jakými jsme doposud neměli moc co do činění. Jedním z těch zásadních je nestabilita plazmatu ve fúzním reaktoru. V plazmatu může dojít k velkým erupcím, které nejen zmaří fúzní reakci, ale mohou také poškodit samotný fúzní reaktor.

Rajesh Maingi vpravo. Kredit: Elle Starkman / PPPL.

Tým fyziků amerických laboratoří Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) nedávno našel způsob, jak takovým velkým erupcím v plazmatu ve fúzním reaktoru předcházet. Řešení je překvapivě podobné opatřením proti velkým požárům v lesích, které spočívají v zapalování většího počtu malých lokálních požárů. Aby operátoři fúzního reaktoru zabránili velké erupci, tak mohou vyvolat spoustu malých erupcí. Trik spočívá ve vstříknutí malých granulí beryllia do plazmatu.

Jaderná fúze se v dnešní době obvykle provozuje v tokamacích, fúzních reaktorech donutového tvaru. Donut je vyplněný plazmatem, který je horký jako Slunce a pod obrovským tlakem. Udržet něco takového v klidu je tvrdým oříškem i pro současné pokročilé fúzní technologie. V umělé hvězdě se mohou objevit erupce, takzvané ELM (edge-localized modes), které mohou poškodit stěny tokamaku. Kvůli těmto erupcím jsou fúzní experimenty v tokamacích méně bezpečné a tokamaky je často nutné opravovat.

Model tokamaku ITER. Kredit: IAEA / Wikimedia Commons.

Vědci už zjistili, že erupce ELM je velmi obtížné eliminovat. Rajesh Maingi a jeho kolegové namísto toho zkusili tyto erupce kontrolovaně držet na uzdě. Zjistili, že když budou do plazmatu v pravidelných intervalech vstřikovat malé granule beryllia, tak tím vytvoří celé série malých erupcí. Tyto malé erupce účinně brání vzniku velkých erupcí a přitom nemají dost síly na to, aby poškodily stěny fúzního reaktoru.

Počítačové simulace ukázaly, že se granule beryllia o velikosti 1,5 milimetru dostanou dost hluboko do plazmatu na to, aby tam efektivním způsobem spouštěly malé erupce ELM. Pak se Maingi a spol. pustili do experimentování na tokamaku DIII-D, který pracuje v zařízení National Fusion Facility v kalifornském San Diegu.

Účelem výzkumu bylo ověřit, zda by bylo možné touto metodou stabilizovat plazma v připravovaném fúzním reaktoru ITER, který vyrůstá ve Francii. První výsledky jsou prý slibné. Podle badatelů by se metoda stabilizace plazmatu vstřikováním granulí beryllia mohla stát jedním z užitečných nástrojů pro regulaci plazmatu ve fúzním reaktoru. Dalšími takovými nástroji jsou například vnější magnety nebo vstřikování deuteria. Teď přijdou na řadu testy vstřikování granulí beryllia na dalších tokamacích, jako je třeba britský Joint European Torus (JET).

Video:  The DIII-D National Fusion Facility - Bringing a Star to Earth: Fusion Energy Research at DIII-D


Literatura
Princeton Plasma Physics Laboratory 2. 7. 2019, Nuclear Material and Energy 19: 34–41.