Jak může jaderná fúze změnit svět? Jedná se opravdu o čistou a bezpečnou energii?

Tento měsíc bylo v Národním zážehovém zařízení (NIF) Národní laboratoře Lawrence Livermora poprvé dosaženo zážehu jaderné fúze.

Jak uvádí server IFLScience, tento historicky první úspěch ukazuje, že v laboratoři můžeme vytvořit řízenou fúzi, při níž se uvolní více energie, než do ní vložíme. A přestože cesta ke komerční fúzní elektrárně je dlouhá, jedná se o obrovský milník. Jak to někteří lidé popsali, fyziku už máme, teď už je to jen technický problém.

To, že máme fyziku zvládnutou, je z větší části správně, ale stále je co zdokonalovat a inženýrská část je jistě zásadní překážkou. Událost dosáhla Q = 1,54. Získání přesně takového množství energie ven, jaké jste vložili, je Q = 1, takže získali o 54 procent více. Několik komentátorů na internetu uvedlo, že realistickým cílem pro komerční reaktor by bylo něco blíže Q = 10.

Jak funguje fúze ve hvězdách?

Jaderná fúze pohání Slunce a všechny hvězdy ve vesmíru. Pod obrovským tlakem a teplem uvnitř hvězd se lehčí jádra stlačují k sobě, překonávají elektromagnetické odpuzování a slučují se v těžší jádro. Při tomto procesu se uvolňuje velké množství energie jednoduše proto, že poměr energie a hmotnosti původních prvků je větší než u produktů. Rozdíl je v uvolněné energii.

Tak například Slunce každou sekundu přemění asi 600 milionů tun vodíku na 596 milionů tun helia. Vodík je nejsnáze slučitelný prvek, protože má v jádře pouze jeden proton. Jak se prvky stávají těžšími a mají stále více těchto kladně nabitých částic, získává se z nich stále méně energie. Nemůžete slučovat nic těžšího než železo a očekávat, že z toho získáte energii.

Fúze v laboratoři funguje na stejném principu, ale s několika důležitými rozdíly. Především nesestavujeme celé Slunce. Množství slučovaného vodíku je relativně malé a vyžaduje mnohem vyšší teploty, vzhledem k tomu, že tlak v těchto reaktorech je kategoricky odlišný od tlaku v centru hvězd.

Jak se fúze dosahuje v laboratoři?

Vědci přišli s různými konstrukcemi reaktorů, které umožňují stejnou věc – stlačit atomy vodíku k sobě. I když ne běžný vodík tvořený pouze jedním protonem v jádře. Často používají dva izotopy vodíku, které mají v jádře navíc neutrony – deuterium má jeden neutron a tritium dva. Dalším možným prvkem používaným v některých konstrukcích je lithium.

Ať už se jedná o jakýkoli prvek, cílem fúzní reakce je uvolnění energie a vysokorychlostních neutronů. Ty jsou pro získávání energie klíčové. Tyto částice narazí na stěny ochranné obálky a zahřejí je. Toto teplo pak může být využito k ohřevu kapaliny, která se pak používá k pohonu turbín.

Přední návrhy (existuje však mnoho různých) využívají inerciální udržení (ICF) pomocí laseru, které se právě osvědčilo v NIF, tokamaku a stelarátoru. V projektu NIF je těžká vodíková peleta umístěna v malém válci. Tento zásobník je vystřelen největším laserem na světě a v okamžiku se vypaří. Když se změní v plazmu, vystřelí dovnitř, kde se střetne s vodíkem (nebo jiným jaderným palivem) takovou silou, že se palivo stlačí a vznítí.

Přístup tokamaku a stelarátoru místo toho uzavírá vodíkové plazma v magnetickém poli a to se zahřívá na neuvěřitelné teploty, mnohem vyšší než v centru Slunce. Tyto přístupy zatím nedosáhly vznícení, takže energie produkovaná v plazmatu nestačí na to, aby se plazma udrželo horké. V současné době se na jihu Francie staví plnohodnotný reaktor tokamak ITER, který by to snad měl prokázat.

Je čistá a bezpečná?

Jedním z hlavních tvrzení o jaderné fúzi je, že je bezpečná a čistá. Z velké části je to pravda. Plně funkční elektrárna využívající jadernou fúzi by nehrozila jaderným výbuchem. Pokud se něco pokazí, plazma se ochladí a přestane být plazmou. Nevypouští ani oxid uhličitý. Produkuje jaderný odpad, a to jednoduše proto, že emitované neutrony způsobují, že materiál, který je absorbuje, je radioaktivní. Množství tohoto materiálu je však nepatrné ve srovnání s vysokoaktivním jaderným odpadem, který vzniká v jaderných štěpných elektrárnách.

Používaných paliv bývá v přírodě dostatek, ale záleží také na způsobu jejich získávání z životního prostředí. Existují také obavy z toho, jak by mohla být technologie jaderné fúze využita pro vojenské účely, protože jaderná fúze může produkovat tritium, které se používá ve vodíkových bombách, nebo rychleji a efektivněji vyrábět plutonium nebo uran vhodný pro zbraně. Co se týče technologie, má potenciál být čistá a bezpečná, ale v konečném důsledku záleží na tom, jak k ní přistoupíme.

Výzkum jaderné fúze dosáhl v posledních letech několika důležitých milníků a zdá se, že starý vtip, že jaderná fúze je vždy vzdálena několik desetiletí, se může brzy ukázat jako pravdivý.

Zdroj: iflscience.com