Chińczycy odtworzą Słońce? Powstał największy magnes fuzyjny świata

Nowy element waży 582 tony i jest częścią wieloletnich starań o stworzenie technologii, która od dekad rozpala wyobraźnię naukowców. Chodzi o fuzję jądrową – proces znany z wnętrza gwiazd - a zbudowany w Chinach nadprzewodzący magnes ma odegrać kluczową rolę w projekcie określanym jako "sztuczne słońce", czyli próbie odtworzenia na Ziemi warunków panujących w Słońcu.

Rdzeniem rozwiązania jest pierścieniowa cewka przygotowana w ramach projektu CRAFT w Hefei, będącym chińskim ośrodkiem prac nad fuzją jądrową. Układ zaprojektowano tak, by pomagał utrzymywać plazmę rozgrzaną do temperatur przekraczających 100 milionów stopni Celsjusza. Zgodnie z informacjami strony chińskiej, cewka ma gromadzić około trzy razy więcej energii niż porównywalny magnes stosowany w międzynarodowym reaktorze ITER, a wszystkie kluczowe części konstrukcji powstały w Chinach.

W Słońcu energia bierze się z fuzji jądrowej, czyli łączenia lekkich jąder atomowych, czemu towarzyszy uwolnienie ogromnych ilości energii. Naukowcy od lat próbują przenieść ten mechanizm do warunków laboratoryjnych, ponieważ w przyszłości mógłby on oznaczać dostęp do niemal niewyczerpanego i czystego źródła energii.

Największą przeszkodą pozostają skrajne warunki wymagane do zajścia fuzji. Paliwo w reaktorach musi zostać podgrzane do ponad 100 milionów stopni Celsjusza, przez co przyjmuje postać plazmy - gorącego gazu złożonego z naładowanych cząstek. Takiej materii nie da się "zamknąć" w tradycyjnym pojemniku, bo kontakt ze ściankami urządzenia natychmiast prowadziłby do problemów. Dlatego w badaniach wykorzystuje się bardzo silne pola magnetyczne, które utrzymują plazmę w specjalnej pułapce.

Za przygotowanie nowej konstrukcji odpowiada Instytut Fizyki Plazmy Chińskiej Akademii Nauk (ASIPP). To właśnie w ramach CRAFT w Hefei powstała toroidalna, nadprzewodząca cewka uznawana za największy magnes tego typu opracowany z myślą o eksperymentach związanych z energią fuzyjną. Jej zadaniem jest wytwarzanie bardzo silnego pola magnetycznego, które ma ułatwić stabilne utrzymanie wyjątkowo gorącej plazmy.

Chiński zespół przekazał, że nowy magnes ma 1,3 raza większą objętość oraz trzykrotnie większy zapas energii niż magnes TF wykorzystywany w projekcie ITER. Konstrukcja ma działać stabilnie przez 60 lat w wymagających warunkach. Jej prąd roboczy to 98 kA, a całkowite magazynowanie energii sięga 120 GJ. System ma zapewniać stabilne pole magnetyczne "zamykające" plazmę o bardzo wysokiej temperaturze i ograniczające straty związane z oddziaływaniem na ścianki urządzenia.

Opracowanie tego elementu zajęło sześć lat. W trakcie prac powstało 47 zatwierdzonych patentów oraz 14 standardów branżowych. ASIPP ocenił, że uzyskane parametry całego magnesu odpowiadają zaawansowanemu poziomowi międzynarodowemu.

Choć rekordowa cewka nie jest elektrownią i sama w sobie nie wytworzy prądu, jej budowa stanowi ważny sprawdzian technologii potrzebnych przyszłym reaktorom fuzyjnym. Kluczowe wyzwanie nie sprowadza się bowiem jedynie do zainicjowania fuzji, ale do podtrzymania procesu wystarczająco długo oraz osiągnięcia bilansu, w którym uzyskana energia przewyższa tę potrzebną do startu reakcji.

Prace nad opanowaniem fuzji prowadzone są na wielu kierunkach - w tym w Europie, Stanach Zjednoczonych, Japonii i Chinach. Jeśli technologia zostanie doprowadzona do praktycznego zastosowania, może w przyszłości znacząco zmienić sposób wytwarzania energii. Na razie rozwój polega na dokładaniu kolejnych kluczowych elementów - a chiński gigantyczny magnes jest jednym z kroków, które pokazują zarówno postęp, jak i skalę wyzwań na drodze do stworzenia "gwiazdy" na Ziemi.

Choć rekordowy magnes nie jest jeszcze elektrownią i sam nie będzie produkował prądu, jego budowa jest ważnym testem dla przyszłych reaktorów fuzyjnych. Największym wyzwaniem dla naukowców pozostaje bowiem nie samo wywołanie fuzji, ale utrzymanie jej przez wystarczająco długi czas i uzyskanie większej ilości energii, niż trzeba dostarczyć do rozpoczęcia procesu.

Wyścig o energię z fuzji trwa na całym świecie. Nad podobnymi technologiami pracują m.in. Europa, Stany Zjednoczone, Japonia i Chiny. Jeśli uda się ją opanować, mogłaby zmienić sposób produkcji energii na Ziemi. Chiński gigantyczny magnes pokazuje, jak blisko, a jednocześnie jak daleko, świat wciąż jest od stworzenia własnej "gwiazdy" na Ziemi.