Koreansk fusionsreaktor sätter nytt rekord genom att upprätthålla 100 miljoner graders plasma: ScienceAlert

Förbättringar av Koreas “Artificiella sol”-fusionsreaktor har gett ytterligare ett resultat utan motstycke, med nya komponenter som bättre kan motstå brännande temperaturer och upprätthålla en snurrande boll av plasma vid 100 miljoner grader i nästan 50 sekunder.

Det är ett hopp på cirka 20 sekunder från Koreas Tokamak Advanced Research Superconducting Reactor (KSTAR), som har slagit sina egna rekord under de senaste åren för hur länge den kan generera och innehålla otroligt varm plasma i skrovet i munkform.

Vid 100 miljoner grader Celsius tvingas tunga isotoper av väte i plasma (ett hett moln av joniserad gas) att smälta samman, vilket frigör energi. på ett liknande sätt som det som händer i solens kärna. Men utmaningen med kärnfusion, som lovar renare och nästan obegränsad energi, är att innehålla denna tvinnade plasmaslinga som använder magnetfält.

KSTARs senaste resultat är imponerande eftersom det står inför några viktiga utmaningar på vägen mot fusionsenergi, även om andra fusionsreaktorer i samma teknikklass har tänjt gränserna ytterligare.

Genom att testa de nya komponenterna banar KSTAR vägen för International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), som kan bli världens största tokamakfusionsreaktor om den kan övervinna budgetproblem och tekniska hinder.

KSTARs nya rekord, som tillkännagavs av Korea Institute of Fusion Energy (KFE) förra veckan, beror på förbättringar som gjordes 2023 av reaktorns avledare, en komponent som hanterar högre temperaturer inne i reaktorn samtidigt som avfallsprodukterna kanaliseras.

KSTARs diverter är nu gjord av volfram, som har en mycket hög smältpunkt men inte absorberar plasmabränsle som en svamp eller reagerar med det som tidigare kolbaserade diverters skulle göra.

Installationen av de nya avledarna slutfördes förra året, vilket bidrog till att förlänga KSTARs rekordsammanslagningstid till 48 sekunder under den senaste 3-månadersperioden, upp från en halv minut 2021.

“Trots att det var det första experimentet som genomfördes i miljön med nya volframavledare, gjorde omfattande hårdvarutestning och kampanjförberedelser det möjligt för oss att uppnå resultat som överträffade tidigare KSTAR-rekord på kort tid,” förklarade Si-Woo Yoon, chef för KSTAR Research Center, i ett påstående.

Emellertid måste avledarens prestanda demonstreras vid temperaturer som är sju gånger högre än solens; Det var inte på något sätt en säker sak.

KFE-forskarna förväntade sig att den skulle fungera ungefär som en kolbaserad avledare, men det fanns en risk att volframet skulle gå sönder eller att den nya konfigurationen inte skulle generera plasma. Inte bara växelns material hade förändrats, utan också dess form.

Tekniker som står bredvid en U-formad metallkonstruktion.
KSTARs nya volframväxel, som är U-formad, inte rak som den tidigare kolkomponenten. (KFE)

“I början av kampanjen steg temperaturen på tokamaks innervägg inte bra”, säger fysikern Hyunseok Kim från KFE, men forskarna kunde snabbt anpassa sig till de nya driftsförhållandena för att vrida plasman med magnetfält .

Volframväxeln var inte den enda uppgraderingen som hjälpte till att förbättra KSTAR:s prestanda heller. KFE-forskarna, i samarbete med US Department of Energy’s Princeton Plasma Physics Laboratory och skriver i Naturkommunikation I februari beskrev de hur de hittade ett sätt att stabilisera svagheter vid kanten av plasmat orsakade av små defekter i magnetspolarna som håller plasmat på plats.

Förbättringen ledde till en andra milstolpe: innehållande plasma i ett högeffektivt tillstånd som kallas hög inneslutning eller “H-läge” i 102 sekunder. Tidigare försök begränsades till några sekunder innan prestandan sjönk dramatiskt.

Helst skulle ett fullt fungerande fusionskraftverk fungera vid kritiska temperaturer i H-läge under tillräckligt långa perioder för att generera en hållbar energikälla. Dessa prestationer utgör ett monumentalt steg mot detta mål.

Hyeon-seon Han, en plasmafysiker med KFE:s högkapacitetsscenarioforskningsteam, säger att teamet för närvarande granskar denna senaste sats av experimentella data, som kommer att matas in i ITER-förberedelser, sammanställa sina resultat för publicering och att de kommer att planera sin nästa kampanj .

Han hoppas att de snart kan överträffa 50-sekundersstrecket på väg mot projektets slutmål att uppnå 300 sekunders plasmadrift med temperaturer som överstiger 100 miljoner grader i slutet av 2026.

Det är sex gånger längre än KSTARs nuvarande rekord, och fortfarande några minuter bort från Kinas Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) reaktor, som i april förra året kunde generera och upprätthålla plasma i nästan sju minuter.

Men det behövs enorma mängder energi för att driva fusionsreaktorer och generera plasmareaktioner under några sekunder, så de är fortfarande flera decennier ifrån att generera riklig ren energi.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *