Nedávné zprávy vědců studujících nový druh fúzní technologie jsou povzbudivé, ale stále jsme v určité vzdálenosti od „svatého grálu čisté energie“.
Tato technologie vyvinutá Heinrichem Horem a kolegy z University of New South Wales využívá silné lasery k fúzi atomů vodíku a boru a uvolňuje vysokoenergetické částice, které lze použít k výrobě elektřiny.
Stejně jako u jiných typů fúzní technologie však výzva spočívá ve vytvoření stroje, který může spolehlivě iniciovat reakci a využívat energii, kterou produkuje.
Co je to fúzní energie?
Fúze je proces, který pohání slunce a hvězdy. To se stane, když jsou jádra dvou atomů tak blízko u sebe, že se spojí do jednoho a uvolní energii v procesu.
Pokud lze reakci replikovat v laboratoři, může poskytnout prakticky neomezený výkon základního zatížení s prakticky nulovou uhlíkovou stopou.
Nejjednodušší reakcí, kterou lze zahájit v laboratoři, je fúze dvou různých izotopů vodíku: deuteria a tritia. Produktem reakce je heliový iont a rychle se pohybující neutron. Většina dosavadních studií syntézy sledovala tuto reakci.
Fúze deuterium-tritium funguje nejlépe kolem 100 000 000 ℃. Plazmová izolace je název plamenového stavu hmoty při takových teplotách.
Hlavní přístup k použití fúzních sil se nazývá toroidní magnetické omezení. Supravodivé cívky se používají k vytvoření pole asi milionkrát silnějšího než magnetické pole Země, které obsahuje plazmu.
Vědci již dosáhli fúze deuterium-tritium v experimentech v USA (testovací reaktor pro fúzi v Tokamaku) a ve Velké Británii (United European Torus). V letošním roce britský experiment skutečně povede fúzní kampaň deuterium-tritium.
Tyto experimenty iniciují fúzní reakci pomocí masivního vnějšího ohřevu a k udržení reakce je zapotřebí více energie, než samotná reakce vyprodukuje.
Další fáze významného výzkumu fúze bude zahrnovat experiment s názvem ITER (latinsky „cesta“), který má být postaven na jihu Francie. V ITERu budou omezené ionty helia produkované reakcí produkovat tolik energie jako externí zdroje. Vzhledem k tomu, že rychlý neutron nese čtyřikrát více energie než iont helia, zvýší se výkon pětkrát.
Jaký je rozdíl mezi použitím vodíku a boru?
Tato technologie, kterou uvádí Hora a jeho kolegové, zahrnuje použití laseru k vytvoření velmi silného omezujícího magnetického pole a druhého laseru k ohřevu pelety s vodíkovým palivem k dosažení bodu vzplanutí.
Když se vodíkové jádro (jeden proton) spojí s jádrem boru-11, vytvoří se tři energetická jádra helia. Ve srovnání s reakcí deuterium-tritium je výhodou, že neexistují žádné neutrony, které by bylo obtížné obsáhnout.
Horovým řešením je použít laser k ohřátí malé palivové pelety na teplotu vznícení a další laser k ohřátí kovových cívek k vytvoření magnetického pole, které bude obsahovat plazmu.
Tato technologie využívá velmi krátké laserové pulsy, které trvají pouze nanosekundy. Požadované magnetické pole by bylo extrémně silné, asi 1000krát silnější než pole použité při experimentech s deuteriem a tritiem.
Hora a jeho kolegové tvrdí, že jejich proces vytvoří v palivové peletě „lavinový efekt“, což znamená, že dojde k mnohem většímu splynutí, než by člověk čekal.
Ačkoli existují experimentální důkazy podporující mírné zvýšení rychlosti fúzní reakce přizpůsobením laserového paprsku a cíli, pro srovnání s reakcemi deuterium-tritium by lavinový efekt musel zvýšit rychlost fúzní reakce o více než 100 000krát při 100 000 000 ℃.
Pokusy s vodíkem a bórem jistě přinesly vzrušující fyzikální výsledky, ale předpovědi Hora a jeho kolegů o pětileté cestě k realizaci termonukleární energie se zdají předčasné. Jiní vědci se již pokusili zahájit laserovou fúzi. Například se pokusili dosáhnout zapálení fúzí vodík-deuterium pomocí 192 laserových paprsků zaměřených na malý cíl.
Tyto experimenty dosáhly jedné třetiny podmínek požadovaných pro jeden experiment. Mezi problémy patří přesné umístění cíle, nepravidelnosti laserového paprsku a nestabilita způsobená výbuchy.
Rozvoj termonukleární energie bude s největší pravděpodobností realizován hlavním mezinárodním programem založeným na experimentu ITER. Austrálie má mezinárodní spolupráci s projektem ITER v oblastech teorie a modelování, vědy o materiálech a technologiích.
Matthew Hole, vedoucí výzkumný pracovník, Ústav matematických věd, Australian National University.
Tento článek publikoval The Conversation.
Zdroje: Foto: CCFE / JET
