Slibný stellarátor Wendelstein míří k plazmatu o teplotě dvojnásobku nitra Slunce  
Největší stellarátor světa Wendelstein 7-X dosáhl v roce 2018 teploty plazmatu 20 milionů °C, čili vyšší teploty než v nitru Slunce. Podle nových analýz by ale měl bez problémů zvládnout ještě mnohem vyšší teplotu plazmatu. Další kolo experimentů by měl spustit příští rok. Určitě to bude stát za to.
Design stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP.
Design stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP.

Populární německý stellarátor Wendelstein 7-X sbírá úspěchy a zkušenosti jako pozoruhodná hi-tech fúzní technologie, která je alternativou „dinosauřích“ tokamaků. Od prvního plazmatu v roce 2015 vytrvale postupuje vpřed. Tým stellarátoru nedávno potvrdil, že díky novému pokroku dosáhnou teplot plazmatu, které dvojnásobně překročí teplotu nitra Slunce, tedy cca 15,7 milionů kelvinů.

 

Novimir Pablant. Kredit: Elle Starkman/Office of Communications / IPP.
Novimir Pablant. Kredit: Elle Starkman/Office of Communications / IPP.

Stellarátory jsou fúzní reaktory, které se při udržování plazmatu na rozdíl od tokamaků spoléhají pouze na magnetická pole vnějších cívek. Kvůli tomu mají neobyčejné, až bizarní tvary. Jejich design je tak komplikovaný, že ho musejí navrhovat superpočítače. Wendelstein 7-X je největší funkční stellarátor světa. Využívá soustavu supravodivých magnetických cívek, jejichž magnetická pole drží plazma jako v kleci.

 

První plazma stellarátoru Wendelstein 7-X v roce 2015. Kredit: IPP.
První plazma stellarátoru Wendelstein 7-X v roce 2015. Kredit: IPP.

V roce 2018 Wendelstein 7-X dosáhl rekordní teploty plazmatu 20 milionů °C, tedy vyšší teploty než v nitru Slunce. Již předtím ale prošel stellarátor vylepšeními, díky nimž by tuto teplotu mohl ještě podstatně překonat. Klíčové bylo poradit si se specifickými ztrátami tepla, označovanými jako „neoklasický transport“ (anglicky neoclassical transport). Dochází k nim, když se ohřáté částice srážejí a postrkují se pryč z magnetické „klece“. Tyto tepelné ztráty přitom postihují klasické stellarátory mnohem víc než tradiční tokamaky.

 

Tým stellarátoru Wendelstein 7-X pečlivě vyladil magnetická pole. Novimir Pablant z laboratoří Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) a jeho kolegové nedávno analyzovali rekordní experimenty z roku 2018 a zjistili, že „vytuněný“ stellarátor opravdu zásadně omezil tepelné ztráty typu „neoklasický transport“.

 

Analýzy rovněž potvrdily, že Wendelstein 7-X by rozhodně měl udržet plazma, které bude rozpálené na dvojnásobek teploty nitra Slunce. Stellarátor dostane další příležitost už v příštím roce, kdy ho čekají nové experimenty. Tentokrát bude mít k dispozici nový systém s chlazením vodou, díky němuž bude možné provádět delší experimenty.

 

Video: Stellarators - The Future of Fusion Energy [2020]

 

Literatura

PPPL 30. 8. 2021.

Nature 596: 221–226.

Datum: 02.09.2021
Tisk článku

Související články:

Další bod pro stellarátor Wendelstein: magnetická pole přesně jak mají být     Autor: Stanislav Mihulka (15.12.2016)
Populární stellarátor Wendelstein 7-X boduje novým fúzním rekordem     Autor: Stanislav Mihulka (28.06.2018)
Snový fúzní reaktor Wendelstein 7-X láme rekordy jako párátka     Autor: Stanislav Mihulka (28.11.2018)



Diskuze:

Patvar

Evzen Olejnin,2021-09-04 10:52:27

Ten tvar navrhl počítač, to je ten tvar, na obr., co kopíruje ten proud plasmy?
Dovedete si představit, že něco takového budete I/0 nebo regulovat?
A to tam samo ještě neběží slučování.
Holá fikce pro blbnutí v laborce.

Odpovědět

oné

Jan Mrkvicka,2021-09-03 14:30:42

Ako laik si myslím, že vysoká teplota nie je najdôležitejšia. Dôležitejší je čas udržania fúzie. A v tom je najlepší čínsky tokamak.

Odpovědět


Re: oné

Tomas Novak,2021-09-04 05:01:23

Důležitý je trojny součin tzn čas. udržení energie* teplota * hustota. A to mají mizerné jak na Wendelsteinu tam i Číňanů v Eastu. Délka plazmatu není pro dosažení fúze až tak důležitá (ale pro fůzní elektrárnu ano), ale v Wendelsteinu budou moci udržet plazma neomezené dlouho.

Odpovědět


Re: Re: oné

Jan Mrkvicka,2021-09-04 09:57:14

"v Wendelsteinu budou moci udržet plazma neomezené dlouho"

Na základe čoho máte tú istotu.

Odpovědět


Re: Re: Re: oné

Pavel A1,2021-09-04 19:33:34

To je dané principem, na kterém jsou stavěny. V tokamacích se plazma pohybuje po soustředných kružnicích. To znamená, že na sousedních drahách se plazma pohybuje po různě dlouhých drahách a to vede k nestabilitám v plazmatu (podobně vznikají sluneční protuberance), které je třeba z vnějšku stabilizovat. A stabilizovat je je možné jen po omezenou dobu, pak se musí výboj ukončit, aby plazma nespálilo stěny nádoby. Tedy v tokamacích je plazma v principu nestabilní je nutné ho aspoň po omezenou dobu stabilizovat.

Ve stellarátorech se naopak plazma pohybuje po stejně dlouhých drahách a proto v něm k těmto nestabilitám nedochází. Takže pokud ty nestability nejsou vybuzené z venku, je v nich plazma stabilní teoreticky neomezeně dlouho. Proto se první stellarátory stavěly ve tvaru osmičky. Pak se s nimi přestalo experimentovat, protože jednak se povedlo stabilizovat plazma v tokamacích a pak se taky ukázalo, že navrhnout větší stellarátory bylo s tehdejšími prostředky nemožné. Teprve až pokrok ve výpočetní technice umožnil navrhnout Wendelstain. A když se podíváte na tvar plazmatu v něm, tak uvidíte, že má tvar překládané pásky, aby byly dráhy pohybu plazmatu v něm stejně dlouhé.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: oné

Jan Mrkvicka,2021-09-05 14:31:23

To je teória, nie istota, že tvar toroidu stočeného zo skrutkovice má väčšiu šancu na úspech. Sú už známe nejaké výsledky?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: oné

Pavel A1,2021-09-05 19:20:38

To není teorie. Stellaratory se ke studiu plazmatu používaly dávno před tokamaky a plazma v nich bylo stabilní. Základní princip, že se plazma musí pohybovat po stejně dlouhých drahách, je zachovaný. Že za dráha není osmička, ale stočená stuha, na to nemá žádný vliv.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: oné

Jan Mrkvicka,2021-09-05 20:05:51

Ja som si myslel, že problémom je udržať plazmu mimo stien nádoby. Čo teda bráni fúzii?

Odpovědět

teplota

Pepa Nováků,2021-09-03 11:04:57

Teplota v milionech stupnu je tezko predstavitelne cislo vychazejici jen z rychlosti potazmo energie castic. Bohuzel ten udaj nevzbuzuje moc optimismu, pokud chybi informace o hustote plazmatu a dobe jeho udrzeni. Tri roky zpatky meli dvojnasobnou teplotu:

https://phys.org/news/2018-06-wendelstein-x-world.html

Odpovědět


Re: teplota

Martin Tejcek,2021-09-03 11:58:01

To sice máte pravdu, ale taky jim to tehdy okolo toho hodně roztavilo. Teď už se zase posunuli v udržování toho horka pěkně pohromadě, a kde neškodí. A to dost výrazně, jen tak dál!

Odpovědět


Re: teplota

Vladimír Bzdušek,2021-09-03 17:32:33

Ešte ťažšie je predstaviť si ten teplomer, čo ukazuje takú hodnotu.

Odpovědět


Re: Re: teplota

Tom Krupa,2021-09-04 10:31:44

Teploměr v délce 20km není nic nepředstavitelného.

Odpovědět


Re: Re: Re: teplota

Vladimír Bzdušek,2021-09-04 21:38:54

Lenže letmým pohľadom na teplomer vtiahnutý spod pazuchy a orientačným výpočtom mi vyšlo 200km!

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: teplota

Pavel A1,2021-09-05 19:22:06

No 20 miliónů stupňů asi nebudete měřit s přesností na desetinu stupně. Takže ten teploměr tak dlouhý být nemusí.

Odpovědět

Je to opravdu posun?

Filip Fuksa,2021-09-03 10:27:33

Stelátory, ani tokamaky nejsou úplně moje parketa, ale mám dojem, že již 50 let jsme v této oblasti technologie ve fázi "za deset let to bude".
Chci se proto zeptat, o jak velký posun vlastně jde a zda jak moc klíčový je tento krok pro další rozvoj?
Jestli to chápu dobře, jsme schopni dosáhnout vysokých teplot (nevím ale na jak dlouho), jsme schopni udržet plasmu v magnetickém poli, ale vůbec třeba netuším, zda je má energeticky kladnou nebo zápornou bilanci.

Díky moc za vysvětlení.

Odpovědět


Re: Je to opravdu posun?

Josef Šoltes,2021-09-03 12:54:32

Já mám dojem, že stelarátory se naopak posledních pár let posunuly opravdu výrazně. A to hlavně díky rozmachu počítačových neuronových sítí, které v případě dostatku výkonu dokáží vytvořit opravdu neuvěřitelné koncepty. Navrhnout funkční stelarátor není v možnostech lidí, ale počítač si s tím poradí. Taky ta zařízení vypadají trochu jak z filmu alien. Naprosto nelidské koncepty.

Odpovědět


Re: Re: Je to opravdu posun?

Jan Novák9,2021-09-03 15:45:29

Posunují se, posunují. Ale mají velice dlouhou cestu před sebou.
Napřed proof-of-koncept, tj. vyrobit víc energie než bylo vloženo a pak přijde teprve velká práce to postavit tak aby to dokázalo pracovat kontinuálně a s nějakou životností.
Například s tím jak ubývá helia bude problém s chlazením supravodivých magnetů při každodenním provozu stovek reaktorů. Helium velice rádo uniká.

Já fúzi nevidím jako světově podstatný zdroj energie před rokem 2100. Možná v Evropě z čirého zoufalství aby v zimě přestaly blackouty.

Odpovědět


Re: Re: Re: Je to opravdu posun?

Karel Rys,2021-09-03 16:27:12

Tahle zařízení ale budou helium dokonce produkovat, ne?

Odpovědět


Re: Re: Re: Je to opravdu posun?

D. Hruška,2021-09-03 20:12:20

Přesně tak. Zatím ještě nikdo nepostavil ani reaktor, který by dokázal vyrobit víc tepelné energie, než bylo vloženo. Natož aby vyrobil více elektrické energie. Podle mého názoru by prototyp fúzní elektrárny před rokem 2100 byl obrovským úspěchem. A udělat z fúze ekonomicky smysluplný zdroj energie je ještě vyšší level.

Zkoumat by se ale fúze měla, protože z dlouhodobého hlediska v řádu desetitisíců let by stejně uran i thorium došly. Ale hlavně si myslím, že by bylo rozumné šetřit štěpné palivo pro případné budoucí cesty do vzdálenějšího vesmíru. Není pravděpodobné, že by šla fúzní elektrárna miniaturizovat na velikost malých štěpných reaktorů. A když nevíme, jestli se naši prapotomci naučí skladovat antihmotu, nebo si osvojí nějakou jinou sci-fi technologii, měli bychom jim štěpného materiálu odkázat co nejvíce.
Případně pokud by se začaly využívat jaderné hlavice pro odklánění nebezpečných asteroidů, bude na ně potřeba další štěpný materiál.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Je to opravdu posun?

Jozef Martinkovič,2021-09-04 12:11:08

Súhlasím. Fúzme projekty na základe vysokotepelnej plazmy majú dlhú cestu k praktickému použitiu - funkčnej elektrárni. Napríklad ako tokamaky(ITER), príadne steleátory. Existujú však aj iné prístupy využívajúce iné reakcie, iné technické riešenia... Kludne sa môže stať, že niekto príde z niečím jednoduchším, čo posunie fúznu elektráreň bližšiš k realite. Niektoré nové projekty napríklad tu: /www.energystartups.org/top/fusion-energy/

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Je to opravdu posun?

Pavel A1,2021-09-04 19:38:24

Získat více energie, než se vložilo, se povedlo už v JETu na konci minulého tisíciletí. U ITERu je téměř jistota, že bude produkovat více energie, než se vloží (pokud tedy bude vůbec fungovat).

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace