jaderná fúze

Vědci z Princetonské univerzity navrhli výpočtový postup, který by mohl usnadnit dosažení takzvaného zapálení fúzního plazmatu, kdy reakce sama udržuje potřebné teplo. Rozšířili Lawsonovo kritérium o vliv heliového popela, nečistot ze stěn reaktoru, synchrotronového záření a úniků tepla. Model ukazuje, že výhodnější může být nejprve plazma zahřát a teprve poté zvýšit jeho hustotu. Výsledky zároveň varují, že i malé množství wolframu v plazmatu může fúzní reakci narušit, přestože se tento kov plánuje používat ve stěnách reaktorů. Studie neobsahovala experimentální ověření, může však pomoci při návrhu budoucích fúzních zařízení a snížit náklady na jejich vývoj.

Vysokorychlostní barevná kamera ve sférickém tokamaku ST40 společnosti Tokamak Energy sleduje chování plazmatu i částic lithia při 16 000 snímcích za sekundu. Zbarvení odhaluje, jak se lithium v chladnějších okrajových vrstvách plazmatu mění z neutrálních atomů na ionty, které pak kopírují magnetické siločáry. Výzkum má pomoci řešit zásadní problém budoucích fúzních elektráren: odvádění extrémního tepla na součásti zvané divertory. Vědci zkoumají režim X-point radiator, v němž by nečistoty cíleně vyzařovaly energii u okraje plazmatu a chránily divertor, aniž by ochladily jádro potřebné pro fúzi. První testy naznačují pokles tepelné zátěže divertoru; zařízení nyní čeká modernizace a další pokusy s lithiem a neonem.

Baltimorský start-up Terra Fusion vyvíjí fúzní reaktor založený na magnetických zrcadlech, technologii opuštěné po neúspěších v minulém století. Plazma má stabilizovat jeho nadzvuková rotace, která omezuje únik částic a podporuje ohřev. Firma navazuje na experiment Marylandské univerzity CMFX, sestavený mimo jiné z upravených magnetů ze starých přístrojů MRI. Dosavadní zařízení dosáhlo zhruba desetiny potřebných hodnot teploty, hustoty i doby udržení plazmatu. Terra Fusion chce do roku 2029 s prototypem TFEC-1 překonat vědecký energetický bod zvratu a později nabízet modulární reaktory pro datová centra či lodní dopravu.

Start-upy Periodic Labs a Quantum Formatics využívají umělou inteligenci, robotiku a automatizované experimenty k hledání supravodičů, které by byly nejen výkonné, ale také levně vyráběné ve formě vodičů. Cílem je překonat praktickou výhodu běžně používaného niobu a titanu, jehož kritická teplota je sice nízká, ale který lze dobře průmyslově zpracovat. Periodic Labs chce pomocí robotických ramen a analýzy rentgenové difrakce zvýšit tempo testování až na tisíc kandidátních materiálů denně. Quantum Formatics se soustředí na tvárné materiály odolnější vůči záření, vhodné pro magnety ve fúzních reaktorech; prototyp vodiče plánuje připravit zhruba do roka. Nové supravodiče by mohly zlepšit účinnost magnetické rezonance, energetických rozvodů v datových centrech a zejména kompaktních fúzních elektráren.

Vědci v zařízení DIII-D v Kalifornii získali první experimentální důkazy, že některé nestability plazmatu nemusí fúzi jen škodit. Vlny známé jako Alfvénovy vlastní módy mohou vyvolávat proudy a proudění, které vytvářejí smykový tok potlačující turbulenci. Díky tomu se v jádru plazmatu lépe udrží teplo a vznikají příznivější podmínky pro slučování jader vodíku. Měření odhalilo zhruba pětiprocentní změnu faktoru bezpečnosti během 20 milisekund, což odpovídá předpokládanému samoregulačnímu mechanismu. Praktické využití tohoto jevu je ještě vzdálené, ale výsledek může pomoci zlepšit konstrukci a řízení budoucích fúzních reaktorů.

Využití energie z jaderné fúze je omezené kvůli nedostatku vhodného paliva. Fúze tritia a deuteria, izotopů vodíku, produkuje značnou energetickou výtěžnost, avšak tritium je na Zemi vzácné. Kvantové počítače nyní pomáhají identifikovat devět konfigurací materiálu pro produkci tritia. Tyto simulace by mohly zásadně přispět k překonání technologických překážek fúze. Využití superpočítačů by mohlo zefektivnit výzkum a ušetřit čas i náklady na experimenty.