Rok ve vědě: dosažena zisková termojaderná fúze. Byť jen symbolicky

TLDR: Dosáhli jsme letos toho, na co čeká energetika už 70 let? Ano a ne. Livemoreské laboratoři se podařilo energií laserů o síle 2 MJ zažehnout první ziskovou fúzi o energii 3 MJ. V praxi ale stále 300 dalších MJ vyletělo oknem. Oznámení tuna.

Borec na konec roku!

Zatímco na vrcholu léta se z nějakého důvodu lépe čtou články o globálním oteplování, na vrcholu topné sezóny jsou zase efektivnější texty o energetice. Zvláště to platí letos! Včerejší oznámení o dosažení termojaderné fúze, která „vyprodukovala více energie“, než kolik do ní bylo vloženo, je v tomto ohledu úžasný pokrok… Ale bohužel neznamená nutně, že praktická fúze je významněji blíže.

Udělejme si krátkou rekapitulaci pro ty, kteří v posledních 70 letech chyběli: energie z fúze má potenciál přinést (relativně) čistý zdroj energie ve velkém, to celé bez závislosti na fosilních palivech. A dobrou zprávou je, že fúzi už umíme dlouho! Až doposud však v našich podmínkách (umí ji taky Slunce) spolykalo zažehnutí řízení reakce více energie, než kolik ji následně proces mohl vyprodukovat. Jako zdroj energie je to tedy trochu naprd. U neřízené fúze jsme sice dosáhli lepších výsledků, ale těm taky říkáme „vodíkové bomby“. Jako zdroj energie taky naprd.

Posledních pár let se ale objevují stále optimističtější zprávy o tom, že sem tam se už fúzi podařilo udržet v chodu rekordně dlouho, a občas i skoro na hranici ziskovosti! Obojí je pravda – v druhém případě, nicméně, jenom pokud se odmyslí energie nutná třeba pro magnetická pole držící plazma uvnitř reaktoru a podobné srandy, což z tvrzení dělá svého druhu tak trochu „účetní podvod“. Existují dobré důvody, proč je definicí ziskovosti více, není to tedy podvod doopravdy – ale není to tak veilkášské, jak to obvykle zní. Navzdory tomu je nepopiratelné, že v kontrole fúze a/nebo plazmatu se rok od roku zlepšujeme.

A pak dorazilo v půlce prosince oznámení! Pro které platí – spoiler alert! – prakticky totéž.

Vědátoři z Lawrence Livermore National Laboratory řekli, že vůbec poprvé v historii dosáhli čistého přírůstku energie při fúzní reakci! Jeden z nich popsal experiment bez obalu: „asi 2 megajouly dovnitř, asi 3 megajouly ven“. A to je rozhodně velká věc… Která ovšem kráčí v trendu zmíněného pokroku z posledních let. A bohužel nás měřitelně nepřibližuje k tomu, že si fúzí posvítíme i doma, protože opomíjí pár set megajoulů daných stranou.

Pokrok, ale…

„Současný experiment na NIF, kde se testuje inerciální udržení plazmatu pro termojadernou fúzi s využitím stlačení svazkem výkonného laseru, je dalším krokem v řadě, který se však liší tím, že se překonala určitá hranice,“ popisuje mi na dotaz jaderný vědátor Vladimír Wagner, „Jde o pokračování zlomu, který nastal zhruba před dvěma lety, kdy se podařilo zajistit velmi symetrické ozáření kapsulky velikosti pepřového zrnka se zmrzlým deuteriem a tritiem.“

Ve fúzních reakcích se tehdy při konkrétních výstřelech dařilo získávat stále více energie. Přečíst si o tom mimochodem můžete v jeho tehdejším článku u kemů na OSEL.cz. 

Vtip je v tom, že jde o zcela jiný princip zažehnutí fúze, než na jakém pracuje reaktor ITER a jiné tokamaky (popřípadě méně zmiňované stelarátory), od nichž se praktická fúze očekává nejspíše. Laserová fúze je naproti tomu vyvíjená spíše s vizí využití v kosmu.

Při letošním průlomovém experimentu se soustředily 192 laserových paprsků v blízkosti terče o velikosti pepře v diamantovém plášti, který je 100krát hladší než zrcadlo, a dodaly terči pozoruhodné množství energie asi miliardkrát rychleji, než stačíte mrknout. Extrémní teplota a tlak (více než 100 miliard atmosfér Země) vyvolávají v terči jadernou fúzi.

„Parametry nedávného výstřelu jsou ještě lepší a ve fúzních reakcích se získalo více energie, než jí měly dopadající laserové svazky,“ pokračuje Vladimír Wagner, „Je to zajímavý a důležitý pokrok, ale na cestě k praktické termojaderné elektrárně je na tom pořád lépe magnetické udržení plazmatu.“

Proč? Při inerciálním udržení je energie potřebná k vytvoření laserových svazků řádově větší, než je energie svazku vytvářejícího ozáření kapsulky s palivem. Navíc je laser schopen realizovat nejvýše jeden výstřel za den a v reálném termojaderném zdroji to bude nejméně desítky za sekundu. Cílem ITER je navíc produkovat desetkrát větší množství energie, než jaké je nutné k vyvolání reakce.

V řeči čísel tedy Livermore sebral 300MJ energie k nabíjení kondenzátorů a tak vytvoření laserového pulzu o síle 2,05 MJ (to jsou ty „dva megajouly dovnitř“). Fúzní reakce zažehnutá lasery vyprodukovala ekvivalent 3,15 MJ energie (to jsou ty „tři megajouly ven“). Produkce energie fúze byla tedy větší než energie laserového pulzu, což je rozhodně skvělý úspěch! Ale dokud zisk nepřekročí i těch 300 MJ nutných jaksi pro samotný vznik laserových paprsků, žárovky si ani touto metodou stále nerozsvítíme.

Ďábel v detailech. Zdroj: Sony Pictures Animation, vlastní
Ďábel v detailech. Zdroj: Sony Pictures Animation, vlastní

„Méně než 50 let“

Podrobněji si rozbor nynější reakce můžete přečíst v novějším článku Vladimíra Wagnera, obecně ale platí, že byť je úspěch z Livermoru rozhodně důvod k potlesku, není to bohužel úspěch, který by měl brzy vést v praktický efekt.

Význam průlomu spočívá rozhodně v tom, že se prokázalo, že řízená fúze může vést k čistému kladnému energetickému výkonu. V tomto ohledu je logické, že se investice 300MJ jaksi nezmiňuje. Bohužel to ale není takový průlom, jak vyznívá z novinových titulků. V tomto duchu mluvili i vědátoři na tiskovce.

„Nemyslím si, že by to bylo šest desetiletí, ale ani pět desetiletí, což jsme si zvykli říkat,“ odpověděl na dotaz o době, kdy bude praktická fúze k mání, třeba Kim Budil, ředitel Lawrence Livermore National Laboratory.

Vzhledem k tomu, že u mě je zvykem střízlivě o příchodu aplikované fúze mluvit po roce 2040, nejspíše se lze shodnout, že zhruba za 30 až 40 let by tu skutečně mohla být. Totéž platilo i před tiskovkou, a bude platit velmi pravděpodobně i příští rok, ať se na novinky o energetických průlomech budete třást sebevíc.

[Ladislav Loukota, VW]

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Reklama