Ydinvoimateollisuus jatkaa toimia tehokkuuden merkittävään parantamiseen. Neljän vuosikymmenen ajan termodynaamisen synteesin parissa työskentelevät tutkijat ovat eläneet yhden ainoan luvun varjossa: Grünwaldin rajan. Pohjimmiltaan se on tokamakien ”lasikatto”, jonka oletetaan estävän niitä tuottamasta enemmän energiaa kuin ne kykenevät tuottamaan. Mutta Kiinan niin kutsuttu ”keinotekoinen aurinko” on täysin rikkonut tämän katon, ja tehnyt sen vakaalla tavalla (ylittäen eurooppalaisen mallin).
Greenwaldin seinä. Jotta tämän saavutuksen voi ymmärtää, on ensin ymmärrettävä ongelma. Termodynaamisessa reaktorissa tuotettu teho riippuu tiheyden neliöstä; näin ollen mitä suurempi tiheys reaktorissa on, sitä enemmän energiaa se tuottaa . Vuonna 1989 fyysikko Martin Greenwald kuitenkin muotoili lain, jota ei ole vieläkään kiistetty: on olemassa suurin mahdollinen tiheys.
Jos tämä suurin tiheys ylitetään, reaktorin sisällä oleva plasma muuttuu epävakaaksi. Mitä tämä tarkoittaa? Jos tämä raja ylitetään, plasman reuna jäähtyy liikaa säteilyn vuoksi, sähköinen virta supistuu ja reaktori vikaantuu – äkillinen pysähtyminen, joka voi jopa vahingoittaa reaktorin rakennetta.
Mahdollinen rajojen laajentaminen. Ydinfyysikot ovat aina suhtautuneet tähän rajaan erittäin varovaisesti, koska sen ylittäminen voi aiheuttaa vakavaa kaaosta ydinvoimalassa. Mutta tietysti tavoitteena on aina ollut kaikkien käytettävissä olevien resurssien mahdollisimman tehokas käyttö, joten he ovat aina työskennelleet hyvin lähellä tätä rajaa, mutta eivät koskaan sen ulkopuolella.
Tutkimus. Tutkijat saavuttivat tämän tuloksen, kuten he kertoivat Science Advances -lehdessä julkaistussa artikkelissaan, jossa he väittävät saavuttaneensa vakaan tiheyden, joka on 1,3–1,65 kertaa suurempi kuin Greenwaldin raja . Tämä saavutettiin ei raa’alla voimalla, vaan kokeellisen tarkkuuden ansiosta. He tekivät tämän osana Kiinan ”keinotekoisen auringon” projektia.
Tämä tarkoittaa, että reaktori pystyi toimimaan 165 %:lla teoreettisesta maksimitehostaan ilman minkäänlaisia häiriöitä. Se on sama kuin huomata, että moottori, joka on suunniteltu toimimaan 200 km/h:n nopeudella, pystyy ylläpitämään 330 km/h:n vakionopeuden ilman ylikuumenemista.
Kuinka he onnistuivat siinä? Vastaus ei ollut yksinkertaisesti ”lisäämällä enemmän kaasua”, vaan muuttamalla keinotekoisen auringon vuorovaikutusta reaktorin seinämien kanssa. Toisin kuin muissa reaktoreissa, kiinalaisissa seinämissä, jotka jäljittelevät keinotekoista aurinkoa, käytetään volframia – metallia, joka kestää paremmin korkeita lämpötiloja ja saastuttaa plasman vähemmän.
Tämän seinien ominaisuuden lisäksi tutkijat käyttivät voimakkaita mikroaaltoja plasman lämmittämiseen ja ”puhdistamiseen” juuri ennen syttymistä. Tämä antoi heille mahdollisuuden vahvistaa uuden teorian, jonka mukaan tietyissä olosuhteissa plasma ”järjestäytyy” irtautuen seinistä ja pysyen vakaana jopa äärimmäisissä tiheyksissä.
Todellinen energia. Kiinalainen ”Keinotekoinen aurinko” -projekti osoitti, että ”tiheydetön” tila on todellinen. Tämä on merkittävä muutos ITERille (suurelle kansainväliselle reaktorille, jota rakennetaan Ranskassa) ja tulevaisuudelle CFETR :lle, reaktorille, jonka avulla Kiina toivoo voivansa alkaa toimittaa lämpöydinenergiaa energiajärjestelmään vuoteen 2040 mennessä.
Tämä on erittäin tärkeää. Tämän uuden läpimurron ansiosta valtavien reaktoreiden rakentaminen ei enää ole järkevää, koska uusi teoria tarkoittaa, että emme enää tarvitse valtavia koneita saman energian tuottamiseen. Lisäksi työskentely tässä uudessa tilassa vähentää merkittävästi plasman aiheuttamaa reaktorin vaurioitumisriskiä, koska se ei enää ”toimi” äärirajoillaan.
Mutta tärkein löytö on se, että mitä tiheämpi plasma on, sitä lähempänä olemme ”syttymispistettä” – pistettä, jossa keinotekoinen aurinko tuottaa enemmän energiaa kuin kuluttaa. Tämä voi tarkoittaa, että olemme lähellä kauan toivottua tavoitetta – ehtymätöntä energiaa .
