Američtí vědci dosáhli milníku ve výzkumu jaderné fúze

Podle článku Nuclear fusion milestone passed at US lab ze zpravodajského serveru BBC

Využití fúze – procesu, který pohání Slunce – by mohlo poskytnout téměř neomezený zdroj energie. K dosažení tohoto cíle je však ještě daleko. Především je nutno, aby fúze produkovala více energie, než je vloženo do jejího „zapálení“.

To se sice nyní po více než půl století výzkumu podařilo, ale jen částečně. V článku BBC je (zhruba) uvedeno: „V průběhu experimentu z konce září množství energie uvolněné fúzní reakcí převýšilo množství energie absorbované palivem – [NIF] je prvním fúzním zařízením na světě, na kterém toho bylo dosaženo. Je to jen malý krůček od skutečného „zapálení“, které nastane, když fúze vyprodukuje více energie, než do zařízení dodají lasery. Rozdíl je dán ztrátami v různých částech systému, díky nimž pouze část energie z laserů je dodána palivu.“

Přesto byl výsledek označen jako nejvýznamnější krok směrem k řízené fúzi v posledních letech.

Dalším postupným krokem bude stav, kdy energie z fúzní reakce převýší energii laserového pulsu (1,85 MJ). Má-li se však fúze stát zdrojem pro výrobu elektřiny, je nutno, aby energie produkovaná fúzí pokryla veškerou energii potřebnou na provoz laserů a dalších součástí hypotetické elektrárny. K tomu je nutno, aby se energetický výnos fúzní reakce zvýšil nejméně o dva řády.

Že je ke konečnému cíli ještě hodně daleko, je zřejmé i ze skutečnosti, že předchozí pokus o odpálení fůzního paliva proběhl zhruba před rokem. V hypotetické fúzní elektrárně však musí být palivové peletky "zapalovány" s kadencí kulometu - 10krát až 20krát za sekundu. Přesto je plánováno spuštění experimentální fúzní elekrtárny na principu NIFzhruba do 15 let.

K „zapálení“ fúzní reakce je nutno udržet extrémní teploty a tlaky po určitou dobu, která je tím kratší, čím vyšší teploty a tlaku je dosaženo (Lawsonovo kritérium). NIF, se sídlem v Livermore v Kalifornii, využívá 192 nejvýkonnějších laserů na světě k ohřevu a stlačení malé kuličky zmrzlého deuteria a tritia. Primárním cílem tohoto zařízení je však vojenský výzkum jaderných zbraní při dodržení zákazu zkoušek jaderných zbraní. Zapálení fúze laserem bylo navrženo již v počátcích výzkumu fúze, donedávna však pro realizaci tohoto způsobu chyběly dostatečně výkonné lasery.

Konkurenční projekt tokamaku ITER, který je zaměřen výhradně na výrobu energie, je budován v Cadarache ve Francii. Experimentální zařízení plánuje dosažení nižších teplot a tlaků, ale na delší dobu; pro udržení potřebných podmínek využívá silné magnetické pole. Z celé řady zařízení navržených pro řízenou fúzi se právě tokamaky nejvíce přiblížily dosažení pozitivní energetické bilance.

Podrobnější popis NIF i ITER a skeptičtější pohled na budoucnost jaderné fúze jsou v článku Bronislava Bechníka Budoucnost energetiky – tři velké energetické sázky. Spíše optimistický pohled je v sérii článků Slavomíra Entlera Elektřina z fúze I až III.

Podle oznámení z roku 2009 měl NIF dosáhnout pozitivní energetické bilance fúzní reakce již 30. září 2012. Experiment však proběhl jinak, než předpokládal matematický model a fúzní výkon byl nižší. Projekt ITER plánuje dosáhnout faktoru zesílení (poměr mezi energií uvolněnou fúzní reakcí a energií dodanou na ohřev plazmatu) nejméně 10, podle současného harmonogramu však nejdříve v roce 2027. V současnosti největší tokamak JET dosáhl faktoru zesílení 0,65, pro dosažení vyšších hodnot musí být zařízení větší. ITER je ve všech rozměrech zhruba dvakrát větší než JET a tokamak pro plánovanou elektrárnu DEMO bude muset být ještě větší, aby dosáhl faktoru zesílení nejméně 30.

Jak NIF, tak ITER jsou pro hypotetickou výrobu elektřiny v podstatě „kotlem“ klasické tepelné elektrárny s parní turbínou. Žádné z uvedených experimentálních zařízení však dosud neřeší otázku vyvedení tepelného výkonu z fúzního reaktoru.

Naděje a skepse panují v otázce jaderné fúze od jejích počátků. H. J. Bhabha ve svém zahajovacím projevu na první Ženevské konferenci k mírovému využití jaderné energie v roce 1955 prohlásil: „Dovoluji si odhadovat, že nějaká metoda uvolnění fúzní energie řízeným způsobem bude nalezena během příštích 20 let.“ Na druhé straně napsal R. F. Post v roce 1956 ve svém prvním přehledném článku na téma fúze, který USA schválily k uveřejnění: „Nicméně je třeba vyřešit četné technické problémy. Někteří fyzikové by poté, co by se o nich dozvěděli, neváhali tvrdit, že řešení neexistuje.“

V současnosti se nepředpokládá, že by případná fúzní elektrárna byla spuštěna dříve, než v polovině století. Nadále přitom přetrvávají obavy, že se to nemusí podařit nikdy.