Americké ministerstvo energetiky oznámilo průlom v jaderné energetice. Jedná se sice o výrazný krok vpřed, průmyslové využití jaderné fúze ale bude možné nejdříve za několik desítek let.
Americkým vědcům se poprvé v pondělí 5. prosince 2022 podařilo provést pomocí laserů jadernou fúzi, při které vzniklo více energie, než kolik se jí při reakci spotřebovalo – povedlo se to fyzikům v zařízení Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v rámci National Ignition Facility.
Při experimentu se podařilo díky 192 laserům dosáhnout jaderné fúze, při které vzniklo 3,15 megajoulu energie, tedy o třetinu více, než kolik se spotřebovalo při provedení fúze samotné. Je to poprvé při tomto druhu jaderné reakce – doposud sice došlo už k desítkám jiných fúzí, ale vždy její zažehnutí spálilo více energie, než vzniklo. Lidstvo tak teoreticky umí spustit reakci, která by mu v budoucnosti mohla dávat energii, jež vzniká stejným způsobem jako v jádru Slunce. Tedy energii čistou a v podstatě neomezenou.
Jaderná fúze se označuje jako „svatý grál“ ve snaze vytvořit bezuhlíkovou energetiku. Na tento zdroj energie velmi sází i americká administrativa prezidenta Joea Bidena, která chce do dalšího výzkumu masivně investovat. Průmyslové využití jaderné fúze však bude podle médií při nejoptimističtějších odhadech možné za desítku, ale možná i několik desítek let.
„Jedná se o přelomový úspěch pro výzkumníky a zaměstnance National Ignition Facility (NIF), kteří zasvětili svou kariéru tomu, aby se zážeh jaderné fúze stal skutečností, a tento milník nepochybně podnítí další objevy,“ uvedla ministryně energetiky USA Jennifer M. Granholmová.
„Bidenova vláda je odhodlána podporovat naše špičkové vědce – jako je tým v NIF – jejichž práce nám pomůže řešit nejsložitější a nejnaléhavější problémy lidstva, jako je zajištění čisté energie pro boj se změnou klimatu a zachování jaderného odstrašení bez jaderných zkoušek,“ dodala ministryně.
„Teoretické znalosti o jaderné fúzi máme už více než sto let, ale cesta od poznání k praxi může být dlouhá a náročná. Dnešní milník ukazuje, co dokážeme, když budeme vytrvalí,“ řekl hlavní poradce prezidenta pro vědu a technologie a ředitel Úřadu Bílého domu pro vědeckou a technologickou politiku Arati Prabhakar.
Co je fúze
Z fúze pochází veškeré světlo a teplo ze Slunce a dalších hvězd. Umělá fúze by mohla být bezpečným, udržitelným a ekologickým zdrojem energie. Při termonukleární fúzi se při extrémně vysokých teplotách spojují lehké atomy, například vodíku tak, že stvoří jádra těžších prvků jako helium. Při tom se uvolňuje obrovské množství energie. Experimenty s fúzí se provádějí v zařízeních zvaných tokamak.
V 60. letech 20. století skupina průkopnických vědců z LLNL vyslovila hypotézu, že k vyvolání fúze v laboratorních podmínkách jde použít lasery. Pod vedením fyzika Johna Nuckollse, který byl později v letech 1988–1994 ředitelem tohoto zařízení, se z této revoluční myšlenky stala inerciální fúze, která odstartovala více než šedesát let výzkumu a vývoje v oblasti laserů, optiky, diagnostiky, výroby terčů, počítačového modelování a simulací a návrhu experimentů.
Pro realizaci této myšlenky vybudovala LLNL řadu stále výkonnějších laserových systémů, což vedlo k vytvoření NIF, největšího a nejenergetičtějšího laserového systému na světě. NIF – umístěný v LLNL v Livermore v Kalifornii – je velký jako sportovní stadion a využívá výkonné laserové paprsky k vytvoření teplot a tlaků, jaké jsou v jádrech hvězd a obřích planet a uvnitř explodujících jaderných zbraní.
Kdy budeme mít fúzní elektrárny
Vědci, kteří se na jadernou fúzi zaměřují, mluví s nadsázkou o „věčných dvaceti letech“. Už řadu let se totiž slibuje, že jaderná fúze tu bude za dvacet let – ale tento termín se neustále posunuje. K dosažení jednoduché a cenově dostupné fúze pro napájení domácností a podniků je ale stále zapotřebí mnoho pokročilých vědeckých a technologických poznatků. Podle Granholmové současný úspěch tuto hranici pro první komerčně použitelnou fúzi posunul k lepšímu – ze šedesáti let na „snad čtyřicet“.
Americké ministerstvo energetiky v současné době znovu zahajuje široce založený, koordinovaný program IFE ve Spojených státech. V kombinaci s investicemi soukromého sektoru je podle něj velký potenciál pro rychlý pokrok směrem ke komercializaci jaderné syntézy.
V Evropě se za mezinárodní spolupráce snaží o fúzi zařízení ITER.
Co zatím chybí
Lasery používané v laboratoři NIF jsou extrémně neefektivní. Experiment vyprodukoval čistou energii v porovnání s tím, co laser dodaly, ale ve skutečnosti spotřebovaly lasery před nabitím mnohem více energie. Experiment uvolnil 3,15 megajoulu – lasery dodaly „jen“ 2,05 MJ energie. Jenže kvůli neefektivitě lasery spotřebovaly na nabití asi 330 MJ, přičemž energie byla uložena v 3840 vysokonapěťových kondenzátorech po dobu 60 sekund, než byla uvolněna ve 400mikrosekundovém výboji.
Další problém spočívá v tom, že současné lasery používané v experimentu mohou v nejlepším případě vystřelit pouze jednou denně. Jenže, aby se staly fúzní energie využitelnými v praxi, budou muset v elektrárnách budoucnosti střílet několikrát za sekundu. Není proto divu, že řada expertů mluví o fúzní energii jako zdroji pro 22. století – v tomto zatím nedává smysl si od ní slibovat nějakou revoluci.
