Spoutané Slunce
Čeští vědci se pokusí prakticky využít jadernou fúzi
Půl století sní vědci o jaderném reaktoru, ve kterém by se energie vyráběla podobně, jako ji vyrábí Slunce. Na výzkumu jaderné fúze spolupracují vědci po celém světě, včetně Čechů. Ti nyní za 800 milionů korun z evropských fondů budou stavět nový tokamak. Jde o přístroj, který umožňuje na Zemi vytvořit podmínky pro rozběh jaderné fúze.
Při tom se nejprve musí z plynu „vyrobit“plazma. „Plazma je čtvrté skupenství hmoty, které je ve vesmíru nejrozšířenější. Skládají se z něj hvězdy včetně Slunce,“říká Radomír Pánek, ředitel Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd, kde se bude nový tokamak stavět.
K tomu je potřeba dostatečné množství energie, aby se atomy rozdělily na jádra a elektrony. Jak velký úkol to je, to člověku, který se s fyzikou naposledy setkal ve škole, moc neřekne. Ukazují to ale extrémní teploty, za kterých proces probíhá. Právě teplotou totiž vědci dodávají částicím plynu potřebnou energii.
„Pokud se má v pozemských podmínkách spustit reakce, musí plazma dosahovat několikanásobně vyšších teplot než ve středu Slunce,“ bude stát vývoj přístroje pro Ústav fyziky plazmatu Akademie věd milionů stupňů Celsia je teplota plazmy uvnitř zařízení říká Pánek. „Od padesátých let vyvíjíme metody, jak plazma, které má v centru teplotu okolo 300 milionů stupňů Celsia, zatímco na okrajích „pouze“stovky až tisíce stupňů, v pozemských podmínkách udržet v omezeném prostoru,“říká. Pro srovnání – plazmová koule, které říkáme Slunce, má v centru teplotu 15 milionů a na povrchu přibližně 6 000 stupňů.
Tokamak je v současné době nejpokročilejším řešením. Jde v principu o nádobu ve tvaru pneumatiky, která je ovinuta speciálními cívkami. Uvnitř drží rozžhavenou hmotu pohromadě silné magnetické pole. Větších zařízení typu tokamak funguje po světě několik, jedno z nich provozuje už nyní i pražský ústav. „Díky silnému magnetickému poli plazma levituje v prostoru a není v kontaktu se stěnou komory,“vysvětluje vědec.
Energie z jedné vany
Jaký to má smysl? Velký. Ve chvíli, kdy se podaří zvládnout technické problémy, bude k dispozici prakticky neomezený zdroj energie. „Měli bychom k dispozici palivo na tisíce let, navíc rozmístěné po celé Zemi, čímž odpadají geopolitické problémy,“vysvětluje Pánek. Jaderná fúze přitom nebude produkovat zplodiny a odpadnou i obavy z jaderné havárie nebo odpadu.
Dnes jaderné reaktory vyrábějí energii štěpením jader prvků, které jsou těžší než železo. „S tím jsou ale spojena rizika,“říká Pánek. K jaderné fúzi jsou potřeba prvky lehčí než železo. „Když jim dodáte takovou energii, aby překonala vzájemnou odpudivou sílu, spojí se v jedno těžší jádro a při tom se uvolní ještě větší množství energie,“říká Pánek.
Kandidátem na palivo je voda a lithium. Nebo přesněji ve vodě obsažené deuterium a tritium, které se budou v reaktoru vyrábět z lithia.
Vědci s trochou nadsázky předpokládají, že celoživotní spotřebu energie pro člověka by mohla pokrýt energie z jedné vany vody a lithia v množství obsaženém v jedné baterii do notebooku.
V laboratorních podmínkách vědci už jadernou fúzi spustili. Nyní hledají technické řešení pro praxi.
V Praze se na novém přístroji zaměří na dva problémy. Budou hledat způsob, jak energii z plazmatu odvést. Zajímat je budou také možnosti využití tekutých kovů. „Na části tokamaku, přes které je energie odváděna, dopadá množství energie srovnatelné s povrchem Slunce. To vede k postupnému poškození i nejodolnějších materiálů. Využití tekutých kovů, u nichž se vrstva na povrchu bude neustále sama obnovovat, je jednou z možností, jak to vyřešit,“říká Pánek.
Nový přístroj chtějí spustit v roce 2022. „Nyní probíhá řada výpočtů, připravují se výkresy. Do roka by se měly začít vyrábět komponenty v různých firmách po celém světě,“říká Pánek.
Jejich výsledky budou využity především při stavbě prototypu reaktoru na jadernou fúzi, který naváže na mezinárodní projekt ITER. Ten se začal stavět v roce 2006 na jihu Francie, podílejí se na něm vedle Evropské unie i Spojené státy, Rusko, Japonsko, Čína, Jižní Korea nebo Indie. ITER je dost velký na to, aby se na něm dala ověřit využitelnost technologií v praxi.
Spuštěn by měl být v roce 2025 a do roku 2035 by mělo být jasné, zda je technologie připravená na ostré využití. Když vše půjde dobře, vrhne se potom celý svět na vývoj prototypů pro komerční využití.
Pokud se podaří zvládnout technické problémy, bude k dispozici prakticky neomezený zdroj energie.