Nedávné experimenty na supravodivém tokamaku EAST v Institutu fyziky plazmatu v čínském městě Hefei prokázaly možnost uchovat plazma při vysoké teplotě v takzvaném režimu vysokého udržení (H-mod – plazma si vytvoří energetickou bariéru a „lépe drží pohromadě“) po dobu větší než 30 sekund. Tato doba se stále může zdát krátká, nicméně je o řád větší než nedávná maxima. Výsledky byly publikovány v impaktu Nature Physics. Dosažení H-modu a dlouhodobé udržení plazmatu bude nezbytné pro úspěch mezinárodního tokamaku ITER, který má prokázat možnost výroby elektrické energie pomocí fúzních reakcí. Podle autora článku Williama Morrise se jedná o „další důležitý krok ve fúzním výzkumu“. Úspěch v podobě dlouhodobého pulsu v H-modu byl dosažen za pomoci elektromagnetických vln známých jako dolní hybridní vlny.
V průběhu experimentů si čínští vědci Jiangang Li a Houyang Guo a jejich zahraniční spolupracovníci z Německa, USA, Francie a z mezinárodní organizace ITER všimli, že použití dolních hybridních vln má silný pozitivní efekt, který potlačuje opakované úniky energie z plazmatu charakteristické pro H-mod.
Tyto úniky energie, způsobené výtrysky plazmatu, jsou známé jako Edge Localized Modes (ELMs – okrajové módy) a připomínají sluneční erupce. Na tokamaku ITER musíme mít ELMs určitě pod kontrolou, protože způsobují poškození vnitřní stěny a značně snižují její životnost.
Experimenty na tokamaku EAST ukázaly, že efekt dolních hybridních vln na potlačení ELMs je způsoben tvorbou druhotných proudů na okraji plazmatu. Tyto proudy vznikají díky elektromagnetickým vlnám, které vlečou nabité částice. Takové proudy způsobí vznik jakýchsi vrásek na povrchu plazmatu, které původně mělo tvar hladké „pneumatiky“.
Tento nový přístup nám umožní získat flexibilní kontrolní mechanismus pro regulaci ELMs v široké škále operačních režimů a možná otevře novou cestu k dosažení stabilního plazmatu s vysokým fúzním výkonem v budoucích fúzních zařízeních. K tomu už zřejmě bude stačit vyřešit škálování této metody pro větší ITER a jiná zařízení.
Jiná metoda – použití malých modifikací okrajového magnetického pole generovaných pomocí sady dodatečných externích cívek – byla už dříve pro kontrolu ELMs vyvinuta na tokamaku DIII-D v USA a později úspěšně vyzkoušena v rámci experimentů po celém světě. Dnes je už pouze jedním ze dvou schémat, o jejichž instalaci na ITER se uvažuje. Nejnovější výsledky z tokamaku EAST jako první prokazují možnost použití druhého schématu – modifikace okrajového magnetického pole zevnitř pomocí proudu v plazmatu bez nutnosti použít dodatečné vnější cívky. Tím se potvrdila univerzálnost fyzikálního mechanismu, který vede ke kontrolovaným ELMs. Dolní hybridní vlny zřejmě vědci přidají na ITER jako dodatečný upgrade jakmile reaktor začne pracovat s termonukleárním plazmatem.
Experimenty na tokamaku EAST navíc ukázaly, že vlečení lokálních proudů v okraji plazmatu pomocí dolních hybridních vln má několik výhod oproti metodě používající vnější cívky. Použití dolních vln nejen že umožňuje kontrolu ELM prostřednictvím široké škály proudů vlečených plazmatem, ale také zvyšuje plochu komponent, které jsou vystaveny energii horkého plazmatu ve stacionárním stavu. Tento fakt nabízí nové možnosti pro kontrolu tepelného toku, což je klíčová problematika v dalších fázích vývoje fúzní elektrárny.
EAST má magnetickou konfiguraci i schéma ohřevu totožné s projektem ITER a navíc bude jedním z prvních fúzních zařízení s magnetickým udržením, kde se bude zkoumat fyzika i technika vysokoenergetických dlouhých pulsů v režimech vysokého udržení. Role tohoto asijského tokamaku jako testovacího předvoje projektu ITER je tedy naprosto výjimečná.
Zdroj: Iter.org
