Aktualizováno 10. 7. 2025
Jde o svatý grál jaderných vědců, způsob, jak získat bezpečný a téměř neomezený zdroj energie pro celou planetu. Jenže výzkum se protahuje a stále nepřináší kýžené výsledky. Řeč je o jaderné fúzi, nad kterou si vědci lámou hlavu již od 40. let minulého století.
Někteří věří, že dosažení jaderné fúze se dočkáme již brzy. Společnost Google dokonce 30. června 2025 oznámila, že si dopředu kupuje 200 megawattů energie z fúzní elektrárny, která ještě ani neexistuje, natož aby dodávala elektřinu.
Jaderná fúze používá stejnou metodu k vytváření energie, jaká funguje na Slunci nebo jiných hvězdách. Při fúzi se spojují dvě lehká atomová jádra a vzniká jedno těžší. Jde o náročný proces probíhající při extrémních teplotách v modelovém zařízení zvaném tokamak. Spojit atomová jádra nelze tak snadno jako je rozštěpit, jak se to děje v dnešních jaderných reaktorech.
Aby se jádra vodíku v tokamaku spojila a překonala vzájemné elektrické odpuzování, je třeba je zahřát, aby se rozpohybovala. S rychlostí stoupá i teplota, která k zapálení fúze musí dosáhnout 100-200 milionů stupňů Celsia. Díky tomu se atomy rozpadnou na elektrony a jádra a vznikne tzv. plazma. Tento rozžhavený plyn následuje elektromagnetické síly, a lze ho tedy magnetickým polem držet tak, aby nezničil kovový plášť tokamaku. Kromě tokamaku lze fúzní reakci dosáhnout také v tzv. stellarátoru, který je fyzikálně lepší, ale inženýrsky složitější.
Termojadernou fúzí se vědcům zatím nepodařilo vyrobit více elektřiny, než kolik spotřebuje na svůj provoz, na to je příliš brzy. Rekord nese JET, který v r. 2023 vygeneroval 13 MW po dobu 5 sekund pomocí 0,2 miligramů vodíku. Nicméně do budoucna, až se podaří vychytat všechny vývojářské problémy, by měl fungovat fúzní reaktor stejně jako jiné tepelné elektrárny. Při fúzi vzniká teplo, to zahřívá vodu, ta se mění na páru a ta může pohánět turbínu, kterou se vyrábí elektřina.
Výhodou jaderné fúze má být vysoká radiační bezpečnost a zásoby paliva na miliony let pro celé lidstvo. Na rozdíl od jaderného štěpení v klasických jaderných reaktorech, ve kterých je kolem 100 tun silně radioaktivních štěpných produktů uranu, je ve fúzním reaktoru nebezpečí radiace zanedbatelné, protože obsahuje pouze pár gramů slabě radioaktivního vodíku.
Fúze v Česku
V závodu za co nejrychlejším využitím jaderné fúze máme i v České republice své želízko v ohni. Nejstarší funkční prototyp tokamaku se nazývá Golem a nachází se v Praze, kousek od židovského hřbitova. Dostal se k nám ze Sovětského svazu v 70. letech, uvedl pro Epoch Times Jan Horáček, vědecký pracovník Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd České republiky. Golem, který má asi jeden metr v průměru a váží kolem jedné tuny, funguje do dneška, podotkl. Studenti ČVUT se na něm učí základní aspekty tokamaků.
V roce 2008 získal ústav dvakrát větší a modernější tokamak COMPASS jako dar z Velké Británie. Český výzkum je nedílnou součástí programu konzorcia EUROfusion, ve kterém každá evropská laboratoř skládá svůj díl do mozaiky fúzního know-how. Od roku 2016 pracují vědci z Ústavu fyziky plazmatu na vývoji nového tokamaku COMPASS Upgrade. Tento projekt za jednu miliardu korun by měl být hotov do konce tohoto desetiletí.
Video s grafickým vyobrazením COMPASS-U, vylepšené verze tokamaku COMPASS, na které pracují čeští vědci.
Světoví výzkumníci řeší v rámci termojaderné fúze pět stěžejních problémů, popsal Horáček. V Česku vědci a inženýři, kterých je na Ústavu fyziky plazmatu asi 100, mají za úkol přijít na to, jak tokamak připravit na extrémní požadavky termojaderného plazmatu. Nový tokamak jim v tom má pomoci.
Experimenty v něm prováděné budou trvat několik sekund, stejně jako ve většině z dvacítky podobných tokamaků světa. Jeho plazma bude o objemu dvou metrů krychlových ve čtyřikrát silnějším magnetickém poli, aktuálně nejsilnějším na světě. Díky tomu bude obsahovat stokrát více energie než předchozí COMPASS.
„Jeho plazma bude díky tak silným magnetům velmi podobné jako v budoucí elektrárně, obzvláště jeho okraj. Můžeme tak na něm vymýšlet, jak zajistit, aby vnitřní tepelný štít odolal plazmatu s parametry ,jako na povrchu Slunce’“, vysvětlil pro Epoch Times Horáček. Dodal, že teplota komory tokamaku bude dosahovat 300-500 stupňů Celsia, aby co nejlépe simulovala podmínky budoucí elektrárny.
„Taky v něm budeme zkoumat lepší režimy udržení plazmatu a zbavovat se různých nestabilit, které tam přirozeně vznikají. To vše za téměř tisíckrát menší peníze než v prototypu budoucí elektrárny – ITER,“ poznamenal. Přestože však podmínky budou podobné jako ve větších tokamacích, i COMPASSu Upgrade bude stále ještě malý na to, aby v něm probíhala fúze.
Vývoj ve světě
Tepelná zátěž je velmi podobná v malém i velkém zařízení, proto lze simulací a experimenty v menším tokamaku vyhodnotit chování plazmatu i ve větších zařízeních, kde už probíhá samotná fúze. Jedno takové se staví v jižní Francii. Jmenuje se reaktor ITER a k jeho stavbě přispívá polovina zemí celého světa, řekl Horáček s tím, že komponenty se vyrábějí po celé planetě, aby se seskládaly na místě.
Tato obří stavba o velikosti klasické jaderné elektrárny bude mít reaktorovou nádobu, která pojme 800 metrů krychlových plazmatu a měla by mít výkon kolem 500 megawattů (MW), tedy zhruba jako jeden starý blok Dukovan. Ve výzkumné fázi se ale bude zatím jednat jen o energii tepelnou. Ta se bude produkovat pomocí krátkých pulzů trvajících asi 15 minut, desetkrát denně.
Kdy budeme mít fúzní reaktory, které budou vyrábět proud? Ačkoliv je projekt ITER hotový z více než tří čtvrtin, má být dokončen nejdříve v polovině 30. let, kdy teprve začnou technologické testy. V Číně se však staví ve městě Hefei fúzní reaktor BEST, který slibuje, že bude vyrábět 50 megawattů elektrické energie, vylíčil Horáček a dodal, že vloni se byl na projekt podívat a zrovna se lil beton a stavěla se vakuová komora a magnetické cívky.
„Jinak ale o něm nemáme moc informací. Těžko říct, do jaké míry je realistické, že to bude hotové dřív než za 10 let,“ poznamenal.
Dlouhá cesta k cíli
Určitou šanci pro průlom by mohl skýtat projekt SPARC
společnosti Commonwealth Fusion Systems a univerzity MIT v americkém Bostonu. Ten se zaměřuje na technologii tzv. vysokoteplotních supravodičů. Jde o keramický materiál, který umí udržet plazma dlouhou dobu. Výzvou však je, jak z něj vyrobit dlouhý kabel, který se navine na cívku, a vyrobí se z ní magnet. Poprvé se to podařilo právě vědcům z MIT, ovšem jedinou cívku při pokusech poškodili, proto teď pracují na další.
Výhodou vysokoteplotních supravodičů je, že na rozdíl od těch klasických nízkoteplotních dokáží vyprodukovat silnější magnetické pole. Tokamak z nich pak nemusí být tak velký. I tento reaktor však nepojede déle než jednu sekundu. Předělat ho tak, aby mohl fungovat v řádu hodin „bude trvat dalších 10 let“, odhadl Horáček.
„SPARC je jistě nejrozumnější ze čtyřicítky soukromých firem, jež se do fúze hrnou v posledním desetiletí. Ačkoliv soukromý kapitál investoval do fúze již $6 miliard, většina těchto projektů bohužel nemá dobré vědecké základy,“ domnívá se.
Podle něj je reálné uvažovat o tom, že by fúzní reaktory dodávaly elektřinu do sítě až někdy v 50. až 60. letech.
