Korejská hvězda nastřílela 20 000

Pokud myslíte, že je řeč o nějakém fotbalistovi, nemusíte číst dál. Řeč je o korejském celosupravodivém tokamaku KSTAR, který bez vážnější nehody "nastřílel" 20 000 plazmatických výbojů. Dosáhl tak obdivuhodného rekordu.

Celosupravodivé tokamaky jsou na světě pouhé dva. Čínský EAST a korejský KSTAR. Ačkoli Číňané spustili svého obra první (28. září 2006, o tři roky dříve než Korejci), byla to 13. června 2009 právě Jižní Korea, která kvalitu svého stroje prokázala dosažením modu vysokého udržení (H-mode) o pár dnů dříve než EAST (7. listopadu 2010). Dobu, po kterou H-mod fungoval, neustále zvyšovala. Korea i Čína patří do sedmičlenného konsorcia, které staví fúzní gigant v jižní Evropě – tokamak ITER, jenž by měl být třetím celosupravodivým tokamakem na světě.

Co je to celosupravodivý tokamak

Tokamak, co by nejúspěšnější reprezentant magnetického udržení (vlastně jakéhokoli udržení termojaderného plazmatu), má celou řadu magnetických systémů. Dva jsou největší: cívky toroidálního pole a cívky pole poloidálního. Právě typ těchto cívek určuje, zda je tokamak celosupravodivý nebo jen supravodivý. Prvním supravodivým tokamakem byl ruský tokamak T-7 (1981), dnes největším supravodivým tokamakem je francouzský WEST (dříve Tore Supra). Zajímavé je, že nejúspěšnější a dnes největší tokamak – evropský tokamak JET není supravodivým ani trochu.

KSTAR slaví

Korejský supravodivý tokamak KSTAR funguje úspěšně od roku 2008. V prosinci 2016 vytvořil rekord v délce trvání modu s vysokým udržením, když H-mod trval 70 sekund, a dosáhl současně rekordní dobu bez ELM (Edge Locallized Modes) nestabilit. Ačkoliv je menší a jeho tvar je odlišný od tokamaku ITER, korejské zařízení poskytuje mimořádně cenné údaje pro budoucí činnost tokamaku ITER.

Dne 4. září 2018 v 11:20 místního času zažehl plazma po 20 tisící – a vždy bez jakékoli nehody nebo velké opravy! Skutečně pozoruhodný výkon! Gratulace běží do Koreje. (O tokamaku KSTAR jsme již psali v článku: https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2121-stabilizace-plazmatu-v-tokamaku-drive-kozich-dnes-elektronika.)

Korejci přišli na to, jak umravnit neposlušné plazma

Porozumění fyzice ELM a vývoj metodiky, jak zabránit vybuzení respektive dosáhnout zmírnění či úplného potlačení již vybuzených ELM, je už po dvě desetiletí jedním z hlavních cílů výzkumu ve fúzní komunitě. Nestability lokalizované na okraji (ELMs) mohou erodovat materiál ze stěn vakuové komory, a ten pak směřuje do plazmatu. Znečištěné plazma ztrácí energii, čili chladne. Mezi různými kontrolními prostředky se zdá nejslibnější způsob rezonanční magnetické poruchy (RMP, Rezonance Magnetic Perturbation) okraje plazmatu, tj. vytvoření slabého magnetického pole, které "otevře" hlavní udržovací spirálové magnetické pole na okraji plazmatu, nechá jisté množství plazmatu uniknout a uvolní tak tlak plazmatu řízeným způsobem. Technologie RMP se ukázala jako účinná při ovlivňování „divokých“ vysokotlakých pulzů ELM, ale určení správné konfigurace „kontrolního“ 3D magnetického pole - mezi nekonečným počtem možností - zůstávalo problémem.

Potvrdili své předpovědi

Čtrnáctičlenný tým vedený fyzikem Jong-Kyu Park z Laboratoře fyziky plazmatu v Princetonu (PPPL, Princeton Plasma Physics Laboratory) objevil způsob, jak problém alespoň částečně vyřešit. Výzkumný tým složený z fyziků z PPPL (USA), Národního fúzního výzkumného institutu (NFRI, National Fusion Research Institute) v Koreji a Národní laboratoře Oak Ridge (ORNL, Oak Ridge National Laboratory) dokázal zmapovat optimální 3D topologii poruchového magnetického pole, které potlačuje zhoubné ELM v plazmatu bez destabilizace jádra plazmatu. Své předpovědi testovali na tokamaku KSTAR v korejském NFRI s vynikajícími výsledky. KSTAR je jedním z nejlepších zařízení na světě pro studium vývoje ELM při použití přesně řízených 3D magnetických polí a objasňování fyzikálního mechanismu kritických přechodů.
Práce výzkumných pracovníků umožní plazmovým fyzikům navrhnout ideální polohu 3D RMP cívek v budoucích reaktorech. Výsledky jsou důležité pro ITER, který bude pracovat se systémem 3D cívek, který je podobně konfigurován jako systém v tokamaku KSTAR.

Další informace: Jong-Kyu Park et al, 3D fieldphase-spacecontrol in tokamak plasmas, NaturePhysics (2018)