WNN: Wendelstein 7-X dosahuje nových rekordů ve výkonu fúze

Německý Wendelstein 7-X – největší fúzní zařízení typu stelarátor na světě – dosáhl světového rekordu v klíčovém parametru fyziky fúze: trojném produktu. Tato hodnota nyní překonává předchozí rekordy tokamaku pro dlouhé doby trvání plazmatu.

Wendelstein 7-X dosahuje nových rekordů ve výkonu fúze uvnitř vakuové nádoby Wendelstein 7-X (Obrázek: Jan Hosan / IPP)

V nejnovější experimentální kampani, která skončila 22. května, dosáhli vědci z Evropy a USA nové maximální hodnoty tohoto klíčového parametru fúze – vypočítané vynásobením hustoty paliva, teploty paliva a doby uzavření – po dobu 43 sekund. I když to překonává předchozí rekordy tokamaku pro dlouhé doby trvání plazmatu, tokamaky zůstávají držiteli rekordů v krátkých časech trvání plazmatu.

Institut Maxe Plancka pro fyziku plazmatu (IPP) uvedl, že nový světový rekord v dlouhých pulzech v trojitém produktu byl umožněn úzkou spoluprací mezi evropským týmem Wendelstein 7-X v Greifswaldu a partnery z USA. Klíčovou roli sehrál nový injektor pelet, který vstřikuje zmrazené vodíkové pelety do plazmatu, což umožňuje dlouhé trvání plazmatu díky kontinuálnímu doplňování paliva. Tento unikátní injektor vyvinula a úspěšně uvedla do provozu Národní laboratoř Oak Ridge amerického ministerstva energetiky.

Během rekordního experimentu bylo po dobu 43 sekund vstřikováno přibližně 90 zmrazených vodíkových pelet, každá o velikosti asi milimetru, zatímco výkonné mikrovlny současně zahřívaly plazma. Přesná koordinace mezi ohřevem a vstřikováním pelet byla zásadní pro dosažení optimální rovnováhy mezi topným výkonem a dodávkou paliva. Klíčem bylo poprvé provozovat injektor pelet s proměnlivými předprogramovanými frekvencemi pulzů – schéma provedené s působivou přesností. Tato metoda je přímo relevantní pro budoucí fúzní reaktory a potenciálně může prodloužit trvání plazmatu až na několik minut.

V rekordním experimentu byla teplota plazmatu zvýšena na více než 20 milionů stupňů Celsia a dosáhla vrcholu 30 milionů stupňů. Měření pro výpočet trojitého produktu poskytla mimo jiné Princetonská laboratoř fyziky plazmatu, která provozuje rentgenový spektrometr pro diagnostiku iontové teploty ve Wendelsteinu 7-X. Potřebná data o hustotě elektronů pocházela z celosvětově unikátního interferometru IPP. Doba energetického omezení potřebná pro výpočet trojitého produktu byla také stanovena pomocí diagnostických nástrojů vyvinutých v IPP.

„Nový rekord je obrovským úspěchem mezinárodního týmu,“ řekl Thomas Klinger, vedoucí provozu ve Wendelsteinu 7-X a vedoucí dynamiky a transportu stelarátoru v IPP v Greifswaldu. „Působivě demonstruje potenciál Wendelsteinu 7-X. Zvýšení trojitého produktu na úroveň tokamaku během dlouhých plazmových pulzů představuje další důležitý milník na cestě k stelarátoru, který by mohl být vybaven elektrárnou.“

Během poslední experimentální kampaně byl energetický obrat zvýšen na 1,8 gigajoulů (trvající 6 minut). Předchozí rekord z února 2023 byl 1,3 gigajoulů. Energetický obrat se vypočítává jako součin vstřikovaného topného výkonu a doby trvání plazmatu.

Wendelstein je stelarátorový fúzní reaktor – odlišný od tokamakových fúzních reaktorů, jako je Joint European Torus ve Velké Británii nebo zařízení Iter ve výstavbě ve Francii. Tokamak je založen na jednotném tvaru toroidu, zatímco stelarátor tento tvar kroutí do tvaru osmičky. Tím se obcházejí problémy, kterým tokamaky čelí, když magnetické cívky uzavírající plazma jsou nutně méně husté na vnější straně toroidního prstence.

Wendelstein 7-X nebude použit k výrobě energie, ale měl by demonstrovat, zda jsou stelarátory vhodné jako elektrárna. Měl by ukázat, že stelarátory jsou schopny pracovat nepřetržitě. Naproti tomu tokamaky mohou pracovat pouze pulzně bez pomocného zařízení. (26.7.2025)