Fakta a mýty o průlomovém objevu v oblasti jaderné fúze

Výzkumníci z Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii 13. prosince oznámili, že se jim v reaktoru NIF (National Ignition Facility) podařilo nasměrovat laser s energií přibližně 2 megajouly do malé palivové pelety složené ze dvou izotopů vodíku, čímž se atomy přeměnily na plazmu a vznikly 3 megajouly energie. Vědci jsou z výsledků nadšeni, ale dávají si pozor na přehnaná očekávání. Koneckonců reaktor jako celek neprodukoval čistý přírůstek energie.

Aby byla fúzní reakce prakticky využitelná, musela by být energie uvolněná z plazmatu výrazně vyšší než desítky megajoulů odebraných z elektrické sítě, přeměněných na laserové paprsky a vystřelených do jádra reaktoru. Nový milník zohledňuje pouze vstupní a výstupní energii laseru, nikoli významné ztráty způsobené přeměnou elektřiny na světlo. Reakce probíhající v malé palivové peletě navíc trvá jen několik miliardtin sekundy a může se opakovat pouze každých šest hodin. Reakce je tak pro praktické účely velmi neúčinná, jak uvádí server Live Science.

„Čistý přírůstek energie je významným milníkem, ale v perspektivě to znamená, že fúze je nyní tam, kde Fermi před osmdesáti lety dokončil štěpení,“ řekl Ian Lowe, fyzik a emeritní profesor na Griffithově univerzitě v Austrálii. „Obrovským technickým problémem je udržet teplotu plazmatu na úrovni několika milionů stupňů, aby mohlo dojít k fúzi, a zároveň získat dostatek tepla pro získání užitečné energie.“

Stávající fúzní reaktory lze rozdělit do dvou velkých kategorií: inerciální reaktory, jako je NIF, které obsahují horké plazma s laserovými nebo částicovými paprsky, a magnetické reaktory, jako je britský Joint European Torus (JET), připravovaný evropský Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor (ITER) a čínský Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), které tvarují plazma do různých tvarů torů pomocí silných magnetických polí. V ITER bude pole omezující hořící plazmu 280 000krát silnější než pole v okolí Země.

Různé typy reaktorů představují různé strategie překonávání technických překážek fúze. Reaktory s magnetickým udržováním plazmatu, známé jako tokamaky, se snaží udržet plazma v nepřetržitém hoření po delší dobu (ITER se snaží dosáhnout tohoto cíle po dobu až 400 sekund). Ačkoli se k tomu tokamaky stále více přibližují, zatím se jim nepodařilo získat z plazmatu čistou energii. Na druhou stranu systémy se setrvačným udržením, jako je reaktor NIF, který rovněž slouží k testování termonukleárních výbuchů pro vojenské účely, vytvářejí přívaly energie rychlým spalováním jednoho malého kusu paliva za druhým.

Toto palivo má však podobu jednotlivých kuliček a vědci zatím nepřišli na to, jak je vyměnit tak rychle, aby reakce trvala déle než zlomek sekundy. Tato peleta má obvykle průměr jeden milimetr a musí být umístěna v místnosti o průměru devět metrů. Provoz reakce stojí desítky tisíc dolarů, aby byla zajímavá, měla by cena klesnout na jeden dolar nebo ještě méně. Dalším problémem fúzních reaktorů je klesající zásoba tritia, klíčového izotopu, který se spojuje s deuteriem a pohání reakci.

Tritium, kdysi běžný a nechtěný vedlejší produkt testování jaderných zbraní pod širým nebem a jaderného štěpení, má poločas rozpadu 12,3 roku, což znamená, že velká část jeho stávajících zásob je již na cestě k nepoužitelnosti, což z něj činí jednu z nejdražších látek na Zemi s cenou 30 000 dolarů za gram. Fyzikové vymysleli jiné metody výroby tritia, například v jaderných reaktorech, které zachycují rozptýlené neutrony. Kromě několika menších experimentů však rychle rostoucí náklady znamenaly, že plány na testování výroby tritia v ITER musely být zrušeny. Výzkumníci v oblasti jaderné syntézy se domnívají, že pokud se najde politická vůle a podaří se vyřešit technické problémy, mohly by být první životaschopné reaktory jaderné syntézy uvedeny do provozu již v roce 2040.

Zdroj: redakce, llnl.gov, livescience.com