Dienvidkorejas 'mākslīgā saule' uzstāda rekordu – 100 miljoni grādu 48 sekundes

Dienvidkorejas Kodolsintēzes enerģijas institūta (KFE) "mākslīgā saule" KSTAR ir tokamaka tipa reaktors. Tas ir šobrīd izplatītākais dizains eksperimentālajiem kodolsintēzes reaktoriem – savos pamatos izstrādāti jau piecdesmito gadu beigās un sešdesmitajos gados, mūsdienu tokamaki aizvien nav spējuši sasniegt pozitīvu enerģijas bilanci. Kodolsintēzes reakciju iniciēšanai un uzturēšanai aizvien tiek patērēts vairāk enerģijas, nekā dabūts ārā no pašas reakcijas.

Iespējams, tas mainīsies tad, kad darbu sāks milzīgais ITER, ko šobrīd būvē Francijā. Arī tas ir tokamaks, taču daudz, daudz lielāks par līdz šim uzbūvētajiem. Vienkāršoti skaidrojot, tokamaki ir tora formas reaktori – plazmas kamera atgādina ko līdzīgu barankai ar tukšu vidu. Šajā kamerā atrodas supersakarsēta plazma, ko vietā notur spēcīgi magnēti.

Kā raksta "Live Science", uzkarsēt plazmu līdz tik augstai temperatūrai ir salīdzinoši vieglā daļa. Daudz sarežģītāk ir to "noturēt", lai tā nesabojā reaktoru un lai varētu sekmīgi notikt kodolsintēzes process. Starp citu, ITER projektā darbojas arī zinātnieki no Latvijas. Pirms vairākiem gadiem Andris Anspoks, Cietvielu fizikas institūta direktors, sarunā ar "Delfi" norādīja, ka tas ir liels izaicinājums tieši materiālzinātniekiem, "lai radiācija, kas reaktorā pilnā jaudā rodas, tik ātri nenokauj visus marteriālus".

Tā "rupji" spriežot, tos var iedalīt divās lielās grupās – strukturālie materiāli un funkcionālie materiāli. "Strukturālie materiāli ir tēraudi, kas visu satur. Tad ir volframa un tā sakausējumu daudzslāņu struktūras, kas ir reaktora iekšējās sienās, kas arī saskaras ar visiem kodolsintēzes atkritumiem, tām gāzēm, kas tur ir, – pārsvarā hēliju, deitēriju, tritiju. Savukārt funkcionālie materiāli ir, piemēram, iluminatoru stikli, caur kuriem ar dažādām optiskām iekārtām skatās un plazmu novērtē. Tie nabagi arī cieš no radiācijas un paliek ne tik dzidri. Tas arī ir viens no jautājumiem, kurā esam iesaistīti, – kā šos materiālus maksimāli ilgi noturēt pie dzīvības," toreiz darbu ITER megaprojektā komentēja Anspoks.

Šobrīd pasaulē vēl nav neviena praktiski enerģētikā pielietojama kodolsintēzes reaktora. Visus enerģētikā izmantotos reaktorus darbina kodolu dalīšanās procesi. Kodolstinzēze – process, kas notiek Saules un citu zvaigžņu kodolos – ir pretējs. Vieglāku elementu atomi savienojas, radot smagākus elementus un procesā izdalot milzīgu daudzumu enerģijas. Pretēji kodolu skaldīšanai, kodolsintēzes reaktori solās būt ne tikai daudz jaudīgāki, bet arī "tīrāki" – nebūs jādomā, kur likt izlietoto urāna kodoldegvielu. Kodolsintēzes reaktoros degviela ir ūdeņraža izotopi deitērijs un tritijs.

KSTAR reaktors Dienvidkorejā nu noturējis 100 miljonus grādu pēc Celsija karstu plazmu 48 sekundes, pārspējot iepriekšējo rekordu – 31 sekundi. Mērķis ir līdz 2026. gadam panākt, ka šādā temperartūrā plazmu var noturēt 300 sekundes jeb piecas minūtes.

Lai ierosinātu kodolsintēzes procesus, plazmai reaktoros uz Zemes jābūt daudz augstākā temperatūrā nekā Saules kodolā (tur temperatūra ir ap 27 miljoniem grādu pēc Celsija) tāpēc, ka šeit nav iespējams nodrošināt tik iespaidīgu spiedienu. Saules iekšienē spiediens ir ap 340 miljardus reižu augstāks nekā jūras līmenī uz Zemes, raksta "Live Science".

Pēc iepriekšējā rekorda KSTAR zinātnieki pamainīja reaktora dizainu, tostarp reaktora divertoros aizvietoja oglekli ar volframu. Visticamāk, tās nebūs pēdējās izmaiņas eksperimentālajā reaktorā ceļā uz ambiciozo mērķi 2026. gadā plazmu noturēt 300 sekundes.

Vēl viena metode, kā ierosināt kodolsintēzes reakcijas, tiek pētīta ASV Lorensa Nacionālajā laboratorijā (NIF) Livermorā. Tur magnētu vietā tiek izmantoti ļoti spēcīgi lāzeri. NIF nesen arī paziņoja, ka kodolsintēzes "Svētais Grāls" sasniegts. Proti, panākta pozitīva enerģijas bilance. Taču tā ir tikai daļēja patiesība. Jā, NIF eksperimentā kodolsintēzes reakcijas rezultātā izdalītā enerģija pārsniedza to, kas izmantota reakcijas ierosināšanai. Taču tas tikai tad, ja mēra eksperimentā izmantotā lāzera impulsa enerģiju attiecībā pret reakcijā izdalīto enerģiju. Ēnā palika informācija par to, cik daudz enerģijas patērē visa milzīgā lāzera darbināšana, dzesēšanas sistēmas, datori un pārējā aparatūra. Kodolsintēzi aizvien neesam "atkoduši" tik tālu, lai tā būtu praktiski pielietojama enerģijas iegūšanai.