Tim Sumpf

29. 5. 2024

Jaderná fúze je považována za ideální způsob výroby energie, ale navzdory velkému počtu výzkumných projektů se zdá, že její realizace je vzdálena ještě 50 let. Současný průlom je také charakterizován tím, že „je před námi ještě hodně práce“.

Až 37 milionů stupňů Celsia. To je zhruba teplota slunečního jádra. Takto horké prý byly i protony a plazma v experimentálním reaktoru pro jadernou fúzi. Oznámili to vědci pod vedením Bena Levitta z americké provozní společnosti Zap Energy Inc. na začátku dubna v časopise Physical Review Letters Americké fyzikální společnosti.

Společnost Zap Energy se zabývá výzkumem, jehož cílem je využití jaderné fúze na relativně malém prostoru a s výrazně nižší spotřebou energie. Dosažená teplota je pro tento typ reaktoru bezprecedentní.

„Máme před sebou ještě hodně práce“

Levitt a jeho kolegové ve své výzkumné práci popisují takzvaný fúzní experiment Z-pinch (FuZE) s napětím jednoho až tří kiloelektronvoltů. To odpovídá přibližně 11 až 37 milionům stupňů Celsia. Tato hranice je pro fúzní systémy důležitou překážkou. Jejich experiment je však „nejjednodušším, nejmenším a nákladově nejefektivnějším zařízením, které jí dosáhlo“.

Na rozdíl od mezinárodních výzkumných projektů s velkými reaktory, jako je ITER, pracují s „neuvěřitelně skromným“ vybavením podle běžných standardů fúze, vysvětlil zástupce vedoucího oddělení výzkumu a vývoje. Společnost Zap Energy nicméně dokáže držet krok s „velkými hráči“, a to „s velkou účinností a při zlomku složitosti a nákladů“.

Na rozdíl od jiných přístupů nevyžaduje technologie společnosti Zap drahé a složité supravodivé magnety ani výkonné lasery. „Technologie Zap je řádově levnější a rychlejší než ostatní zařízení, což nám umožňuje vyrábět […] nejlevnější termální fúzní neutrony na trhu,“ řekl Benj Conway, generální ředitel a spoluzakladatel společnosti Zap Energy.

Tato technologie proto nabízí potenciál „pro mnohem kratší a schůdnější cestu ke komerčnímu produktu schopnému vyrábět na požádání hojnost bezuhlíkové energie pro celou zeměkouli“. Konkrétně výzkumníci již pracují na jejím nástupci, zařízení FuZE-Q. Toto zařízení má desetkrát více uložené energie a lze jej „škálovat na mnohem vyšší teploty a hustoty“. Paralelně probíhá vývoj elektrárenských systémů.

„Máme před sebou ještě hodně práce,“ shrnuje současný stav Levitt. Jeho šéf dodává: „Určitě před sebou máme velké výzvy, ale máme vše, co potřebujeme k jejich vyřešení.“

Žádné kostky ledu v horké polévce

Prvním krokem k vytvoření podmínek pro fúzi je vytvoření plazmatu, stavu, který je také známý jako „čtvrtý stav hmoty“ nebo čtvrtý agregátní stav. V tomto stavu již nejsou atomová jádra a elektrony vázány v atomech, ale volně proudí v subatomární polévce. Jádra jsou kladně nabitá a ve skutečnosti se navzájem odpuzují. Pokud jsou však dostatečně stlačená, může dojít ke srážce a fúzi.

Experiment Z-pinch má také původ v náhodném objevu z roku 1950, kdy australští fyzikové zjistili, že hromosvod byl úderem blesku výrazně stlačen. Jak se později ukázalo, mohou za to magnetická pole, která dokážou stlačit jak kovovou tyč, tak plazma.

V druhém případě je problém stejný jako u jiných fúzních uspořádání: nestabilita plazmatu. Zap Energy používá místo kovového hromosvodu řetězec atomů deuteria. Nestabilita byla částečně vyřešena dynamickým procesem. Vodivé plazma generuje vlastní elektromagnetické pole, které ho zahřívá a zároveň stlačuje. Jinými slovy, plazma se částečně stabilizuje. Takto vytvořené plazmové vlákno bylo dlouhé asi 50 cm a silné asi jeden milimetr.

Protože atomová jádra jsou více než tisíckrát těžší než elektrony, mohou se obě složky plazmatu zahřívat a ochlazovat různou rychlostí. Nakonec se předpokládá, že se atomová jádra spojí a musí se zahřát na teplotu, ale mohou nastat situace, kdy chladné elektrony ohřev omezují, podobně jako kostky ledu v horké polévce. V tomto konkrétním případě se vědcům podařilo prokázat, že elektrony v plazmatu jsou stejně horké jako ionty.

Dlouhá historie jaderné fúze

Jaderná fúze sama o sobě není „novým vynálezem“. Hvězdy, včetně našeho Slunce, vyrábějí energii na tomto principu již miliardy let. Přibližně před 90 lety také lidé poprvé vyrobili fúzní reakce. Od té doby je jejich účinek fascinující, a to nejen v souvislosti s výrobou energie.

Například vojenské úvahy ukazují, jaká síla je v konceptu fúze obsažena: jediná jaderná zbraň by mohla na několik let ozářit celou zemskou atmosféru nebo náhle rozpustit led v Arktidě a vyvolat obrovskou vlnu. Několik detonací u kalifornského pobřeží by zase mohlo „vyvolat tsunami, které by zaplavilo západ USA až ke Skalistým horám“.

Nejpozději od konce studené války se objevují pokusy využít tuto energii ve prospěch lidí, a ne k jejich zničení. V posledních desetiletích bylo vybudováno několik velkých a mnoho menších experimentálních zařízení, včetně Wendelsteinu, JET a ITER, v nichž se mají napodobit procesy uvnitř Slunce a využít je k výrobě energie.

Jaderná síla je v zásadě založena na Einsteinově vzorci E = m – c². Ta říká, že hmotnost (m) a energie (E) jsou dvě strany jedné mince. Vzorec také uvádí, že hmotnost v této rovnici musí být vynásobena rychlostí světla na druhou (c²).

Jaderná fúze a vznik pozemského Slunce

Hmotnost však nelze jednoduše přeměnit na energii. Lze ji získat pouze využitím tzv. „vazebné energie“. Max Planck říká: „Veškerá hmota vzniká a existuje pouze díky síle, která způsobuje vibrace atomových částic a drží je pohromadě, aby vytvořily nejmenší sluneční soustavu ve vesmíru.“

Tato slova „drží pohromadě“ připomíná vazebnou energii. Ta však není nijak malá: energie jednoho gramu vazebné energie odpovídá energetickému obsahu více než dvou milionů litrů benzinu. S pěti kilogramy vazebné energie by se 45 krychlových kilometrů vody mohlo zvednout o jeden metr. To zhruba odpovídá Bodamskému jezeru.

Jaderná fúze je považována za ideální cestu k nekonečné a čisté energii. Je tu však problém, protože potřebné protony vodíku jsou oba kladně nabité a odpuzují se vší silou – jako stejné póly dvou magnetů. Tato odpudivá síla, takzvaná „Coulombova bariéra“, je v atomech téměř nekonečná a může být vynucena pouze teplotou přibližně 15 milionů stupňů Celsia a obrovským tlakem sluneční hmoty. Protože na Zemi je tlak nižší, musí být teploty mnohem vyšší. Na velkých zařízeních se experimentuje s plazmatem o teplotě přes 100 milionů stupňů Celsia.

Dosud se to však nepodařilo. Všechny fúzní reaktory na světě jsou testovací zařízení a zatím pouze spotřebovávají energii, ale nikdy nevyrábějí více, než kolik vyžadují tovární haly plné testovacích zařízení. Velká fúzní elektrárna, která by mohla vyřešit energetické problémy lidstva, zůstává snem budoucnosti. O existenci menších elektráren – od velikosti ledničky po šálek kávy – se již hovoří, ale zatím se je nepodařilo uvést na trh.

Článek původně vyšel na stránkách německé redakce Epoch Times.

Související témata

Související články

Přečtěte si také

Vědci chtějí zdokonalit AI pomocí uměle vypěstovaných lidských mozkových buněk
Vědci chtějí zdokonalit AI pomocí uměle vypěstovaných lidských mozkových buněk

Dochází k propojování lidského s umělým. Švýcarský startup vyvinul procesor z uměle vypěstovaných lidských mozkových buněk. Australští vědci pomocí takových buněk zdokonalují AI.

Stále více lidí se odvrací od zpravodajství, mladší generace mění stereotyp, ukazuje průzkum
Stále více lidí se odvrací od zpravodajství, mladší generace mění stereotyp, ukazuje průzkum

Stále více lidí se aktivně vyhýbá zpravodajství, protože ho považují za depresivní či nudné. K fenoménu v posledních letech mohly přispět pandemie covidu-19, ruská invaze na Ukrajinu nebo válka v Pásmu Gazy.

Ceny v zemědělství dál klesají. Data z České republiky vévodí evropským statistikám
Ceny v zemědělství dál klesají. Data z České republiky vévodí evropským statistikám

Podle údajů Eurostatu klesají ceny potravin v České republice nejrychlejším tempem ze všech zemí Evropské unie.

Unijní lídři budou řešit nejvyšší posty v EU, nejspíš podpoří von der Leyenovou
Unijní lídři budou řešit nejvyšší posty v EU, nejspíš podpoří von der Leyenovou

Vzhledem k vítězství Evropské lidové strany (EPP) by měla funkci předsedkyně Evropské komise obhájit Ursula von der Leyenová.

Většina zemí na summitu ve Švýcarsku označila celistvost Ukrajiny za základ míru
Většina zemí na summitu ve Švýcarsku označila celistvost Ukrajiny za základ míru

Osmdesát zemí světa dnes společně vyzvalo, aby "územní celistvost" Ukrajiny byla základem jakékoli dohody o ukončení ruské agrese.