Slavný vědecký časopis Nature se nedávno vrátil ke kontroverzi, do které zabředla jeho redakce v roce 1989. Do redakce tehdy dorazil článek dvou seriozních chemiků, Martina Fleischmanna a Stanleyho Ponse. Psali v něm o tom, jak nečekaně jednoduše, doslova na laboratorním stole, dosáhnout procesu jaderné fúze, tedy zjednodušeně řečeno výroby energie podobným procesem jako v nitru Slunce. Zrodila se legenda studené fúze.
Co pohání SluncePrincip jaderné fúze není vůbec nijak složitý: v reaktoru dochází k syntéze dvou atomů do jednoho atomu těžšího. Může se jednat o různé atomy, v současných plánech fúzních reaktorů se počítá se spojováním jader izotopů vodíku deuteria (2H) a tritia (3H), které „fúzují“ podstatně ochotněji než například jádra běžného vodíku. V každém případě při DT fúzi vznikne jeden neutron s energií 14,1 MeVa jedno jádro helia s menší energií cca 3,5 MeV. Při tom se uvolňuje energie, často v podobě neutronů urychlených na vysoké energie, které je v principu možné energeticky využít k výrobě tepla a elektřiny. V praxi jde o velmi složitý problém, protože slučování jader je analogií řečeno podobná práce jako snaha přiblížit dva magnety stejnými póly k sobě. Na Slunci šanci zvyšuje kombinace ohromného tlaku (fúze probíhá v jeho středu, ne u povrchu) a vysokých teplot. Na Zemi podobné tlaky nevytvoříme, a tak jdeme cestou zvyšování teploty: v největším fúzním projektu současnosti, tokamaku ITER, by teplota plazmatu měla dosahovat až 150 milionů stupňů. Většina fyziků dnes odhaduje, že energeticky ziskový fúzní reaktor musí být velký, s plazmovou komorou o rozměrech řádově desítek metrů. Plazma musí být jednoduše řečeno tak veliké, aby částice paliva (tedy jádra izotopů vodíku) v reaktivní oblasti pobyly dostatečně dlouho. V menších zařízeních jich příliš mnoho utíká ven. Zvenčí je sice můžeme doplňovat, ale ty se musí znovu ohřát, a to pak stojí více energie, než kolik uvolňuje fúze. |
V redakci Nature byli samozřejmě skeptičtí. Ano, jaderné fúze se dá dosáhnout i v poměrně jednoduchých zařízeních, která si velmi technicky zdatní jedinci mohou postavit doma. Ovšem Fleischmann (narozený mimochodem v Sudetech) a Pons tvrdili, že se jim podařilo postavit fúzní zařízení, ve kterém vznikalo podstatně více energie, než kolik si vyžadoval jeho provoz. Přitom vše probíhalo v podstatě v jednom jednoduchém aparátu na stole za běžných pokojových teplot. Vědecký konsensus přitom zní, že jaderné fúze je možné na Zemi dosáhnout jen v obřích komorách s rozměry řádově desítek metrů a za teplot přes sto milionů stupňů.
Princip pokusu spočíval v elektrolýze těžké vody (v níž je místo vodíku jeho izotop deuterium s neutronem v jádře), do které byly ponořeny elektrody z kovového palladia. Když přes ně procházel proud, deuterium podle nich pronikalo poměrně hluboko do atomové mřížky palladia. Což není nic kacířského, ale potvrzený fakt – plyny do atomových mřížek některých kovů skutečně pronikat mohou.
Oba vědci se ovšem domnívali, že deuterium proniká do palladia v takovém množství, že v atomové mřížce kovu dojde ke „tlačenici“. Nakonec se některé atomy deuteria natlačí do tak malého prostoru, že překonají vzájemný odpor a splynou – tedy dojde k fúzi jader vodíku. To již kacířská myšlenka je.
Slučování jader je analogií řečeno podobná práce jako snaha přiblížit dva magnety stejnými póly k sobě. Vyžaduje to nesmírně vysokou energii, aby se podařilo překonat silný vzájemný odpor obou atomů. Na Slunci šanci na fúzi zvyšuje kombinace ohromného tlaku (fúze probíhá v jeho středu, ne u povrchu) a vysokých teplot. Na Zemi podobné tlaky nevytvoříme, a tak jdeme cestou zvyšování teploty: v největším fúzním projektu současnosti, tokamaku ITER, by teplota plazmatu měla dosahovat až 150 milionů Kelvinů (nebo stupňů Celsia, chcete-li, to je v těchto řádech prakticky jedno).
Fleischmann a Pons tvrdili, že jejich „studená fúze“ dokáže obcházet limity, které fyzikální komunita považovala z dobrých důvodů za nepřekročitelné. Navíc se domnívali, že jsou blízko fúzi „ziskové“, při které více energie vzniká, než se využívá. Toho se žádnému jinému experimentu nikdy dosáhnout nepodařilo; ani dnes, natož před třiceti lety.
Nakonec oba vědci nečekali na zveřejnění článku v Nature či jiném vědeckém časopise. V březnu 1989 uspořádali tiskovou konferenci, na které samozřejmě nemohli výsledek představit do takových podrobností, jak by bylo žádoucí. V dubnu také vydali článek v Journal of Electroanalytical Chemistry, ale jen velmi stručný, s ne zcela dostatečným popisem zařízení i pokusu.
Na pohled fantastický výsledek vzbudil obrovskou pozornost. Jak se však rychle ukázalo, reklama byla poněkud předčasná.
Martin Fleischmann (vpravo) a Stanely Pons předvádí svůj „fúzní reaktor“ v březnu 1989. V době, kdy jejich výsledek ještě mohl vzbuzovat optimistická očekávání, že v podobném kapesním zařízení lze snadno vyrábět prakticky neomezené množství energie.
Co všechno je špatně
Problémy vyplouvaly na povrch pouze postupně. Potíž nebyla ani tak v tom, že oba chemici výsledek nedokázali vysvětlit přesvědčivě a do podrobností teoreticky (podle výpočtu byly i v atomové mřížce palladia mezi atomy deuteria příliš veliké vzdálenosti), ale především v tom, že jejich měření při bližším přezkoumání neobstála.
Jako první odpadlo tvrzení, že při experimentu byla zjištěna přítomnost neutronů s vysokou energií, které mohly vznikat právě při fúzi. Ale jak se ukázalo, byla to chyba v měření a Fleischmann a Pons tento argument brzy nechali padnout pod stůl. Příčinou chyby bylo zřejmě i to, že měření přítomnosti částic s vyššími energiemi nebylo pro oba vědce „denním chlebem“. Jak už bylo řečeno, nebyli experimentálními fyziky, nýbrž chemiky.
Jako další důkaz svého tvrzení pak oba chemici považovali mírný přebytek tepla při reakci, který naměřily jejich kalorimetry. Opakování v jiných laboratořích ovšem nic podobného ve většině případů nenaměřila – a když byl nějaký přebytek nalezen, obvykle to byl důsledek později nalezené chyby v měření.
Časopis Nature nakonec tehdy článek obou vědců nezveřejnil, vydal ovšem o rok později experimenty jiné skupiny s původním vybavením, který žádné stopy fúze nezaznamenal. Podobných měření byla celá řada, přesto „moderní pověst“ o studené fúzi začala žít svým vlastním životem. Souviselo to snad i s tím, že Fleischmann a Pons houževnatě bránili svůj výsledek. A to i v době, kdy už ho drtivá většina kolegů považovala za prokazatelně „mrtvý“. Fleischmann proslul i osobními útoky na své názorové protivníky.
Kalorimetr, který skupina vědců z univerzity v Britské Kolumbii s pomocí grantů společnosti Google vyvinula speciálně k měření energií při experimentech se „studenou fúzí“. Jde zatím zřejmě o nejpřesnější zařízení pro tento účel na světě, stopy tohoto zázračného procesu ovšem nezachytil.
Platí Google
Byť se našli i optimisté, kteří na studené fúzi něco viděli, systematicky se jejímu zkoumání nikdo ze známějších odborníků nevěnoval. Není divu. Většina fyziků problém nepovažovala za zajímavý a neslyšely na něj ani grantové agentury či univerzity. Bylo tedy jen velmi obtížné sehnat na něj prostředky.
Ale žijeme v době, v níž se i ve vědě zavedená rovnováha stále výrazněji odchyluje od norem, na které jsme byli zvyklí v posledních desetiletích 20. století. I ve vědě roste význam bohatých filantropů, ať již soukromníků nebo firem, kteří samozřejmě určují výzkumné priority i podle svých zájmů. Díky tomu se studená fúze po třiceti letech vrátila i na stránky slovutného časopisu Nature, jednoho z dvojice nejprestižnějších vědeckých časopisů vůbec.
Postaraly se o to peníze firmy Google, která v roce 2015 dala skupině třiceti vědců z několika významných amerických laboratoří deset milionů dolarů na výzkum všech možných aspektů studené fúze. Výsledkem je několik vědeckých prací, které jsou zatím nejpřesnější v měření hned tří navrhovaných postupů pro dosažení „studené fúze“, jaké se v posledních desetiletích objevily.
Ani v jednom případě však vědci nedetekovali žádné stopy takového procesu. Neobjevil se ani přebytek tepla, natož nějaké vysokoenergetické částice. Autoři si podle textu neumějí představit, jak by se za dnešního stavu fyzikálního poznání a s dnešními materiály dalo dosáhnout podmínek, za kterých by k podobném procesu vůbec mohlo dojít.
Zcela jeho existenci ovšem vyloučit nemohou. Ostatně věda obecně nemůže dokázat neexistenci nějakého jevu. „Pokračující skepsi vůči studené fúzi považujeme za oprávněnou, domníváme se ovšem, že než bude její existence zcela vyloučena, musí proběhnout ještě další zkoumání relevantních skutečností,“ píšou autoři v práci.
Ani tento ne zcela jasný závěr ovšem nic nemění na tom, že na stopě studené fúze Googlem placení vědci evidentně nejsou. Výzkum by podle nich mohl mít spíše přínos v jiných oblastech, třeba vylepšení kalorimetrů nebo lepší pochopení interakce mezi kovy a plyny. Objev „nekonečného zdroje energie“ se tak znovu odkládá.
