Chiny poinformowały niedawno o opracowaniu rozwiązania zwiększającego dziesięciokrotnie prędkość pomiaru plazmy, a udało się to z wykorzystaniem sieci neuronowych
Piotr Mazurkiewicz
Fuzja jądrowa to proces, w którym jądra atomowe zderzają się ze sobą, ulegając syntezie i uwalniając przy tym energię. Dokładnie tak samo jak ma to miejsce na Słońcu, dzięki czemu od miliardów lat produkuje ono gigantyczne zasoby energii. By ją uzyskać poprzez fuzję jądrową, należy podgrzać gaz złożony z dwóch izotopów wodoru, deuteru i trytu, do ok. 100 mln stopni Celsjusza. W efekcie dochodzi do łączenia się lżejszych jąder atomowych w cięższe i emisji ogromnych ilości energii.
Jednym ze sposobów na osiągnięcie takich warunków jest metoda magnetycznego uwięzienia plazmy, gdzie rozgrzany gaz kontrolowany jest za pomocą silnych magnesów. Plazma określana jest nawet jako przegrzany stan materii, a jej ujarzmienie to klucz to sprawnej fuzji. Najbardziej obiecującym urządzeniem do przeprowadzania tego procesu jest tokamak – komora magnetyczna w kształcie pierścienia.
Jednak w czasie dotychczasowych prób zużywano dużo więcej energii niż jej produkowano. Plazma jest niestabilna i cały proces trzeba powtarzać, zużywając energię. Niemniej wyścig do opracowania efektywnej fuzji trwa.
Energetyczny wyścig i zmagania z plazmą
Państwo Środka poinformowało niedawno o opracowaniu rozwiązania zwiększającego dziesięciokrotnie prędkość pomiaru plazmy, a udało się to z wykorzystaniem sieci neuronowych, Szkolone na wielkich zasobach danych systemy mogą analizować sygnały rentgenowskie z plazmy, aby szybko określić temperaturę jonów i prędkość obrotową. Ma to znacznie zwiększyć wydajność i dokładność pomiarów w reaktorach fuzyjnych, zaprojektowanych do ograniczania i kontrolowania plazmy.
„Szybkie i precyzyjne uzyskiwanie kluczowych jej parametrów, takich jak gęstość elektronów, ich temperatura i temperatura jonów, jest niezbędne do poprawy wydajności rozładowania w operacjach tokamaka” – czytamy w badaniu naukowców.
Zespół z chińskiego Hefei Institutes of Physical Science, kierowany przez profesora Lyu Bo, zintegrował połączone sieci neuronowe z techniką zwaną spektroskopią rentgenowską kryształów (XCS), aby ulepszyć sposób monitorowania i kontrolowania reaktorów fuzyjnych. Opracował dwa odrębne modele sieci neuronowych i oba są zdolne do wykonywania obliczeń w czasie rzeczywistym.
Europa też próbuje się włączyć do tego wyścigu, we Francji właśnie trwa budowa urządzenia ITER. Ma to być reaktor eksperymentalny, który dostarczy około dziesięciokrotnie więcej energii niż zużywa. Niemniej już zalicza opóźnienia, choć budowa rozpoczęła się w 2013 r. i miała zakończyć w 2025 r. – Rozpoczęcie pracy reaktora w 2025 roku i tak było nierealne, a pojawiły się problemy – mówi Pietro Barabaschi, dyrektor projektu.
Amerykanie też nie odpuszczają. Firma Zap Energy pochwaliła się niedawno prototypem urządzenia do fuzji jądrowej o mocy wejściowej 100 kW. Co więcej, na projekt niedawno pozyskała 130 mln dol., a urządzenie ma być szansą na jak najszybszą komercjalizację energii. Firma zapowiada Century jako rzekomo pierwszy w pełni zintegrowany i funkcjonujący system kilku technologii istotnych dla elektrowni fuzyjnych. Jak podkreśla, technologia fuzji opracowywana przez zespół Zap Energy nie wymaga magnesów, kriogeniki ani laserów o dużej mocy, co mocno ogranicza pochłaniane przy prowadzeniu procesu ilości energii.
Firma wcześniej pracowała nad inną technologią fuzji, w ramach której musiano podgrzać deuter i tryt do milionów stopni, aż połączą się w wysokoenergetyczny hel i neutrony, które można przechwycić w celu wytworzenia ciepła i energii elektrycznej.
Problemy z fuzją jądrową
Nowy pomysł opiera się na metodzie znanej jako ścinany przepływ stabilizowany Z-pinch. Jest to zjawisko elektromagnetyczne, w którym prądy elektryczne tworzą pola magnetyczne tak silne, że kompresują materię. – Jeśli przepuścić wystarczająco silny prąd przez plazmę, Z-pinch może stworzyć warunki wystarczająco gorące i gęste do fuzji – twierdzi firma.
Benj Conway, współzałożyciel i dyrektor generalny Zap Energy, stwierdził, że firma koncentruje się nie tylko na fizyce, ale także na inżynierii systemów, ponieważ nie jest to tylko firma zajmująca się fizyką plazmy. – Opracowujemy wszystkie kluczowe technologie wspomagające, których będziemy potrzebować, aby dostarczyć komercyjną fuzję. Robienie tego wszystkiego równolegle jest najszybszym sposobem na dostarczenie komercyjnego produktu – powiedział Conway serwisowi TechCrunch.
Choć fuzję Z-pinch testowano już w latach 50. XX wieku, badacze byli zaskoczeni tym, jak szybko powstająca w jej wyniku plazma zanikała. Zap Energy twierdzi, że rozwiązuje ten problem poprzez stabilizację przepływu ścinanego — innowację w fizyce plazmy, która może wydłużyć żywotność plazmy niemal w nieskończoność. – Nasze podejście do fuzji jest pulsacyjne, więc urządzenie ostatecznie będzie działać jak silnik spalinowy z cylindrami pracującymi przez cały dzień, aby wytwarzać stałą energię – powiedział Matthew C. Thompson, wiceprezes ds. inżynierii systemów w Zap.
Century zademonstrowało już test ponad 1 tys. kolejnych plazm w czasie krótszym niż trzy godziny w komorze wyłożonej płynnym metalem. Pierwszy test plazmy i płynnego metalu ciekłego miał miejsce 13 czerwca, a kilka tygodni później ukończono serię 1080 kolejnych strzałów – podaje serwis World Nuclear News.
