Nevyčerpatelný zdroj energie: Po 70 letech konečně přišel zásadní průlom

K jaderné fúzi dochází, když se dva nebo více atomů spojí do jednoho většího, což je proces, který generuje obrovské množství energie v podobě tepla. Na rozdíl od jaderného štěpení, jež je zdrojem výroby elektrické energie v mnoha zemích světa, neprodukuje fúze nebezpečný radioaktivní odpad, který je nutné ve speciálních podmínkách skladovat. Odhaduje se, že jediný kilogram fúzního paliva tvořeného typicky těžkými izotopy vodíku, jako je deuterium a tricium, poskytne víc energie než 10 milionů kilogramů fosilních paliv.

O jak výrazný posun jde?

Přestože se na první pohled zdá, že je využití inerciální fúze k výrobě čisté energie na spadnutí, jde stále o velmi komplikovaný proces. Pro fyziky začal tento úspěch už v srpnu 2021, kdy se během inerciální fúze získalo zpět 70 procent energie vložené do jejího spuštění laserem. Hlavní potíž spočívá v tom, že technologie laserů, jež se k zažehnutí fúze používají, pochází z 80. a 90. let a sama o sobě je energeticky velmi náročná.

Během současného pokusu vědci z Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) poblíž San José v Kalifornii získali 3,15 megajoulu (MJ) energie, tedy o 40 procent více, než do fúze vložili. To vypadá jako skvělý úspěch – ovšem jen do chvíle, než si uvědomíme, že aby lasery vůbec mohly do fúze dodat svých 2,05 MJ, potřebují se nejprve pomocí 290 MJ energie nabít.

Jak fúze probíhá?

Vědci v podstatě kopírují procesy probíhající v nitru hvězd. Při inerciální fúzi provedené v zařízení National Ignition Facility (NIF) se velmi malé množství paliva o velikosti zrnka pepře umístí do asi jeden centimetr dlouhé duté trubičky vyrobené ze zlata. Na tento terč pak vystřelí obří lasery, jejichž energie zahřeje nádobu na více než 3 miliony °C, což je v každém případě více, než je na povrchu Slunce.

Zvolněné rentgenovém záření sloupne povrch palivové pelety a spustí raketovou implozi, která žene teploty a tlaky do extrémů, jež najdeme jen uvnitř hvězd, obřích planet a jaderných výbuchů. Imploze dosahuje rychlosti 400 km/s a způsobuje fúzi deuteria a tritia. Každý fúzující pár vodíkových jader vytváří lehčí jádro helia a výron energie odpovídající Einsteinově ​​rovnici o zachování energie a hmoty E=mc². Deuterium se přitom snadno získává z mořské vody zatímco tritium se dá vyrobit z lithia, které se nachází v zemské kůře.

Kromě kalifornského zařízení NIF se k simulaci fyzikálních procesů probíhajících uvnitř Slunce využívají také zařízení typu tokamak. V nich se ale plazma o nižší hustotě zahřívá na teplotu kolem 150 milionů °C, což je desetinásobek teploty slunečního jádra, a poté se udržuje pomocí silného magnetického pole. Zatímco ale fúzní reakce v tokamaku trvá řádově sekundy až minuty, vyprodukovala jaderná fúze zažehnutá v NIF jediný mikrosekundový výboj.

S čím technici nejvíce bojují?

V komerčně používaném zdroji energie, tedy „fúzním motoru“ nebo elektrárně budoucnosti, by laser ozářil terčík s palivem několikrát za sekundu, přičemž by pokaždé vyvolal jadernou fúzi. Kromě malé účinnosti laserů je tak hlavní překážkou na cestě k čisté energii z jaderné fúze technologie výroby terčové komory, kterou laser ozařuje.

Pokud by mělo fúzní zařízení v budoucnu dodávat energii nepřetržitě, potřebovalo by denně kolem půl milionu takových terčů. Výroba jedné terčové komory ale dnes trvá přibližně půl roku a odborníci tak odhadují, že se lidstvo i z tohoto důvodu praktické výroby elektřiny pomocí jaderné fúze dočká nejdříve za několik desetiletí.

ZDROJ: The Guardian