nahoru

Jaderná fúze: Zatím jsme škrtli o sebe kameny, spalovací motor je ale ještě hodně daleko

Jiří Holubec 16. prosince 2022 • 13:20
V této laboratoři dodalo 192 laserových paprsků energii do malé palivové pelety a vytvořilo fúzní krátkou fúzní reakci
V této laboratoři dodalo 192 laserových paprsků energii do malé palivové pelety a vytvořilo fúzní krátkou fúzní reakci
• foto: 
Wikimedia / LLNL

„Vědcům z Lawrence Livermore National Laboratory se podařilo zažehnout jadernou fúzi, při které vzniklo více energie, než kolik do ní vložili.“ „Průlomový úspěch, který nás přiblížil k nevyčerpatelnému zdroji čisté energie!“ Podobné nadšené výkřiky jste určitě během posledních pár dní zaznamenali. Povedl se ale lidstvu opravdu udělat další velký skok kupředu?

Udržitelná a využitelná jaderná fúze je jedním ze svatých grálů lidského snažení. Elektrárny by už nepotřebovaly obří reaktory plné radioaktivního paliva. Spalovali bychom miniaturní množství vodíku, odpadem by bylo neškodné hélium a provoz by byl naprosto bezpečný, protože jakákoliv závada by probíhající reakci jednoduše zastavila. Princip jaderné fúze dobře známe. Víme, že probíhá ve hvězdách a dokáže energií zásobovat celý vesmír. Na Zemi se nám ji zatím daří využívat hlavně ve vodíkových bombách, kde ji ovšem nemáme až tak úplně pod kontrolou. O řízenou fúzi se snažíme od 50. let minulého století. Přestože jsme se technologicky posunuli doslova do oblasti sci-fi románů, ke zdárnému výsledku jsme se zatím nedopracovali.

Co se to vlastně povedlo?

Na jaké úrovni se výzkum fúze pohybuje, hezky ilustruje popis technologie, kterou vědci v kalifornské National Ignition Facility použili. Posuďte sami: Prvotní laserový paprsek je rozdělen na 192 svazků. Ty jsou pak zesíleny a použity k zahřívání zlaté kapsle na teplotu více než 3 miliony °C, při které zlato začne vydávat silné rentgenové záření. To následně zahřeje miniaturní peletku paliva uzavřenou v kapsli, způsobí explozi jejího obalu a implozi obsahu. Obsah pelety, složený ze dvou izotopů vodíku, deuteria a tritia, je stlačen tak obrovskou silou a teplotou, že se v něm dvě vodíková jádra spojí v atom hélia. Jelikož je výsledný atom o něco lehčí než jádra, ze kterých vznikl, zbude po proběhlé reakci nepatrný zlomek hmoty, který je vyzářen v podobě energie. 

Tato neuvěřitelně komplikovaná technologie se označuje zkratkou ICF, tedy Inertial-Confinement Fusion a je jen jednou z řady konceptů, kterými se k fúzní reakci snažíme dopracovat. Už od roku 1958 například stavíme takzvané tokamaky, které k zahřívání vodíkových jader používají horkou plazmu udržovanou v silném magnetickém poli ve tvaru koblihy. Jiní vědci sázejí na magnetické pole ve tvaru spirálovitě stočené stuhy – takzvané Stellarátory. Některé týmy zase urychlují vodíková jádra speciálními pulsními lasery a snaží se je sloučit s jádry izotopu boronu B-11. Konceptů a týmů experimentujících s jadernou fúzí je zkrátka celá řada. Jestli mají něco společného, tak jsou to obrovská kvanta energie (a peněz), které spolykají, a fakt, že neposkytují v praxi využitelné výsledky. Oslavovaný úspěch na tom bohužel nic nemění.

Je důvod k oslavám?

Na optimismu plynoucím z oslavných novinových titulků bychom měli hodně ubrat. Proč? Za prvé, množství energie, které se podařilo vyprodukovat, je naprosto zanedbatelné. Podle zpráv výzkumníků byla vstupní energie zážehových laserů 2,05 megajoulů a energetický výstup reakce 3,15 megajoulů. Získaná energie tedy byla 1,1 MJ, což je asi 0,3 kWh neboli energie, kterou spotřebuje rychlovarná konvice na jedno ohřátí vody. Zařízení ji navíc vydávalo tak krátce, že ten okamžik skoro nejde změřit – světlo by za tu dobu uběhlo asi dva centimetry.

Můžeme si sice říct, že na tom nezáleží, hlavně že jsme se dopracovali k pozitivnímu výsledku. Jenže ani to není úplně pravda. Vložených 3,15 MJ totiž představuje pouze energii, kterou se podařilo vpravit do peletky materiálu. Jelikož lasery nefungují ani zdaleka na 100 % efektivitě, spolykal celý experiment daleko větší množství energie – kolem 500 MJ, ze kterých se většina neužitečně rozptýlila.

Znamená to, že byl všechen jásot zbytečný? To jistě ne. Z hlediska vědeckého výzkumu jde o obrovský úspěch. To ale neznamená, že máme po starostech a čisté energie už bude brzy dostatek. Od praktického využití jaderné fúze nás pořád dělí dlouhé dekády, což je mimochodem odhad, který už opakujeme od chvíle, kdy jsme s fúzí začali experimentovat. Popularizátoři vědy rádi používají přirovnání jaderné fúze k ohni. To praví, že jsme ve fázi, kdy víme, že se křesáním dvou kamenů dá zažehnout oheň. Fungující fúzní elektrárna je potom zhruba na úrovni spalovacího motoru. Pozitivní tedy je, že nám z kamenů vylétly první jiskry a na okamžik zapálily kousek troudu. Plamínek není ani zdaleka dost velký na to, abychom se u něj dokázali ohřát.

Jiří Holubec




Diskuse ke článku
Diskuze se zobrazují pouze uživatelům, kteří jsou přihlášeni na Facebooku a odsouhlasili cookies. Pokud pod články nevidíte diskuze, zkontrolujte prosím toto nastavení.