Trzeci stan materii. Przełom w badaniach nad fuzją jądrową

Jak podaje portal Science Alert, eksperymenty przeprowadzone w chińskim reaktorze Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) umożliwiły fizykom obejście jednego z fundamentalnych ograniczeń dotyczących gęstości plazmy, znanego jako limit Greenwalda. Ten limit dotyczy punktu, w którym plazma staje się niestabilna, potencjalnie uszkadzając elementy reaktora.

Przez dekady limit Greenwalda uchodził za fundamentalne, praktycznie nieprzekraczalne ograniczenie w fizyce plazmy i stanowił jeden z kluczowych punktów odniesienia przy projektowaniu reaktorów termojądrowych.

Najnowsze badania pokazują jednak, że to założenie nie musi być ostateczne. Dzięki precyzyjnej kontroli procesu formowania plazmy oraz świadomemu zarządzaniu jej oddziaływaniem ze ściankami reaktora naukowcom udało się wyjść poza dotychczasowe ramy, osiągając tzw. reżim bezgęstościowy. Otwiera to nowe perspektywy dla rozwoju fuzji jądrowej, sugerując, że przyszłe reaktory mogą pracować stabilnie przy znacznie wyższych parametrach niż dotąd zakładano.

Reaktory termojądrowe, takie jak tokamaki, stworzono są po to, aby m.in. symulować procesy zachodzące w jądrze Słońca. Idea jest prosta: im więcej atomów w plazmie, tym silniejsze interakcje i większe wydzielanie energii. Niestety, większa gęstość plazmy oznacza, większą potrzebę chłodzenia przy granicach reaktora, co może prowadzić do destabilizacji.

Nowe podejście badaczy pozwala unikać tego zjawiska, co skutkuje zachowaniem stabilności. Specjaliści skupiają się na kontrolowaniu interakcji plazmy z ściankami reaktora, szczególnie podczas rozpoczynania działania tokamaka. Dzięki zmianom w ciśnieniu gazu paliwowego oraz zastosowaniu grzania falami elektronów, możliwe było znaczne zmniejszenie zanieczyszczeń pochodzących ze ścianek reaktora.

Wprowadzone modyfikacje umożliwiły naukowcom zwiększenie gęstości plazmy nawet o 65 proc. powyżej limitu Greenwalda. Choć nie oznacza to całkowitego zniesienia ograniczeń związanych z maksymalną gęstością, wyniki te wyraźnie pokazują, że granice uznawane dotąd za sztywne są w rzeczywistości znacznie bardziej elastyczne. To istotny sygnał dla dalszych badań nad fuzją jądrową, wskazujący, że odpowiednie sterowanie warunkami pracy reaktora może pozwolić na osiąganie parametrów wcześniej uznawanych za nieosiągalne.