„Kapesní“ fúzní reaktor Lockheedu je nakonec tisíckrát větší, než se plánovalo

Možná si na tu zprávu také pamatujete - americká zbrojířská korporace Lockhee-Martin v únoru 2013 oznámila, že si vyhrnula rukávy a míří postavit kompaktní fúzní reaktor, který by se vlezl na přívěs kamionu. Někdejší plán bylo mít do roka připravený jeho plán, a do pěti let postavit prototyp. V uplynulém roce se už skoro zdálo, že po dávné vizi se slehla země – Lockheed se však nyní ozval s tím, že se konečně blíží dokončení konceptu samotného. Ten je však stokrát větší, než bylo původně v plánu.

Nadějné vyhlídky

Netřeba dlouze zmiňovat, že v sázce je mnoho. Fúzní energie by jako mávnutím kouzelného proutku vyřešila světovou energetickou krizi, poněvadž v případě fúzního reaktoru by elektrárnu stačilo zásobovat jenom lithiem a deuteriem získávaným z mořské vody. Fúzní energie by byla nejen bezpečnější než jaderná nebo uhelná, ale zároveň i zcela ekologická a bez radioaktivního odpadu - zjednodušeně řečeno, jako hlavní palivo by tu sloužila prostá voda.

Fúzi ovšem vědci a energetici slibují už skoro 70 let, a prozatím skutek utekl. Ačkoliv totiž v přírodě máme fúzi na očích doslova den co den – slučování atomových jader a uvolnění energie napájí většinu hvězd včetně našeho Slunce – problémem je napodobit podmínky uvnitř hvězdného nitra a udržet je po dlouhou dobu stabilní. Slunci k tomu stačí jeho obrovská gravitace, která fúzi v jádru hvězdy spouští sama od sebe, na Zemi je pro vytvoření obrovských teplot a obrovského tlaku nutno do reaktoru dodat značné množství energie pro navození podobných podmínek. Obecně jsou k tomu používány dva typy reaktorů – tokamak ve tvaru koblihy, v němž je plazma krom magnetů udržována stabilní elektrickým proudem, a komplexnější stelarátor spoléhající pouze na vnější magnetické cívky. Nejde přitom jenom o vyvolání fúze, ale i její udržení. Ačkoliv to již dekád udržet dovedeme, prozatím do podobných experimentálních reaktorů vědci musejí dodat více energie, než kolik ji následná reakce trvající pár desítek sekund umí vytvořit.

I dnes tak platí, že od fúzní energetiky jsme vzdáleni bratru 20 let. Na pokrok sice dochází, kupředu však postupujeme hlemýždím tempem. Například loni dovedl reaktor Alcator C-Mod na známém Massachusettském technologickém institutu vytvořit rekordní tlak víc než 2 atmosféry plazmy při 35 milionech stupňů Celsia. Výzkum pak kulminuje do globálního projektu ITER, v němž na fúzním reaktoru o výkonu 500MW o udržitelnosti po tisíc sekund spolu pracují vědci víc jak tří desítek zemí včetně USA, Ruska nebo České republiky. Za vše o ITER ovšem hovoří skutečnost, že šlo původně o iniciativu prezidentu Gorbačova a Reagana (!) a reaktor sám má být dokončen nejdříve v roce 2035. Pořád jde navíc o pokusný model, který nemá sloužit jako praktická elektrárna.

Není tak těžké pochopit, proč mnozí v neustálou honbu za většími reaktory dovolujícími ještě vyšší tlak a teploty po ještě delší čas už příliš nevěří. Namísto gargantuovských projektů ve stylu ITER proto Lockheed-Martin šel přesně opačnou cestou – snahou vytvořit reaktor, který je menší, výrazně slabší a mohl by dodávat energii sice jenom desítkám tisíců lidí, nikoliv milionům. Zároveň by však měl být i výrazně levnější, decentralizovaný a stát by mohl u každého okresního města.

Zpátky do reality

Poslední update z počátku května bohužel ilustruje, že čtyři roky staré ambice Lockheed byly zřejmě přestřelené. Z vize na dvacetitunový reaktor se po střetu s realitou stal návrh reaktoru vážícího kolem 2000 tun! Svého druhu je reaktor stále relativně kompaktní - s délkou 18 metrů a šířkou 7 metrů však spíše než kapesní fúzní design připomíná jaderné reaktory na nukleárních ponorkách, a má dokonce podobné rozměry jako (teoreticky výkonnější) ITER. Celý návrh je navíc stále jenom "na papíře" - Lockheed si je sice jistý, že plasma se uvnitř bude chovat jako v jeho počítačových simulacích, je však jasné, že to na původně plánovaném existujícím prototypu jenom tak nevyzkouší.

Potvrzuje se tak, že fúzní energie totiž není ani tak otázkou k rozlousknutí vědců, ale spíše strojařů – právě ti musejí skrze nekonečné ladění komplexních zařízení tokamaků či stelarátorů postupně dosáhnout vyšší efektivity celého systému. A to chce čas i peníze. Lockheed se sice domnívá, že je schopný v budoucnu reaktor ořezat na pouhých 200 tun, jeho snaha je však mezi konkurenty osamocená. Jiné projekty jako zmíněný tokamak ITERu či německý stelarátor Wendelstein 7-X nejsou sice co do funkce o mnoho dále, v jejich budoucí funkčnost ovšem svědčí majorita fyzikálních modelů – ty ukazují, že na delší udržení funkční fúze bude zřejmě potřeba jistá minimální velikost interiéru reaktoru. Bez ní zřejmě nebude možné, aby se částice uvnitř reaktivní oblasti dostatečně dlouho ohřály, aby spolu dovedly reagovat a výsledek vygeneroval kladnou energii.

Neznamená to ovšem, že se nemá smysl věnovat kapesnímu designu – kdo ví, třeba nás Lockheed za 20 let přece jenom překvapí. Daleko více se však objevují náznaky, že budoucnost kompaktních reaktorů bude patřit spíše jaderné energetice spoléhající na "tradiční" štěpnou reakci. Jak jsme již dříve psali, oproti velkým jaderným reaktorům jsou vyvíjené kapesní jaderné reaktory sice slabší a menší, takže generují méně proudu, zároveň z nich ale nemůže dojít na roztavení reaktoru. Menší odpadní teplo je u nich odváděno bez nutnosti vnějšího chlazení, které vypadlo ve Fukušimě a bylo vypojeno v Černobylu. Poté, co před pár měsíci Spojené státy schválily pokusnou stavbu kapesních reaktorů NuScale, jež má být hotova k roku 2025, něco podobného v květnu odmávala i Kanada. Ta v očekávání budoucího očekávaného výpadku plynových elektráren plánuje v provincii Ontario k roku 2030 vybudovat celou flotilu kapesních jaderných reaktorů.

Nejde možná o tak optimistický horizont ani technologii, jakými se před pár lety chlubil Lockheed, reálná energetika ale na zázračné termíny bohužel neslyší.

Text: Ladislav Loukota

Věda a technika

Přelom: Elektřina ze slunce je poprvé účinnější než jaderná i uhelná!