Není to poprvé, co relativně málo známé subjekty přišly s podobně troufalým prohlášením v oboru jaderné fúze. Před pár lety si podobně „vynutila“ pozornost společnost Lockheed-Martin. Stejně jako v případě jejího projektu, ani v případě TAE nečekáme, že „průlom“ přijde tak rychle, jak „technologičtí kouzelníci“ slibují.
Jak funguje fúzePrincip jaderné fúze není vůbec nijak složitý: v reaktoru dochází k syntéze dvou atomů do jednoho většího. Energie ve fúzním reaktoru vzniká při spojování jader izotopů vodíku deuteria (2H) a tritia (3H). Vznikne jeden neutron s poměrně vysokou energií (14,1 megaelektronvoltu čili MeV) a jedno jádro hélia 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. Pozemské „zásoby“ paliva pro tuto reakci by nám měly stačit na dlouhá staletí či tisíciletí spotřeby – a to i kdyby nadále rychle stoupala. V praxi jde o velmi složitý problém, protože slučování jader je analogií řečeno podobná práce jako snaha přiblížit dva magnety shodnými póly k sobě: potřebujete k tomu opravdu extrémní sílu. V dostatečně extrémních podmínkách se tak čas od času s jistou pravděpodobností stane. Na Slunci šanci zvyšuje kombinace ohromného tlaku (fúze probíhá v jeho středu, ne u povrchu) a vysokých teplot. Díky nim mají jádra dost energie a tak málo místa, že čas od času překonají ohromné síly, které obvykle brání jejich slučování, a dvě se spojí v jedno. Na Zemi podobné tlaky nevytvoříme, a tak jdeme cestou zvyšování teploty: v ITERu by měla dosahovat až 150 milionů °C. Přesto musíme vzít zavděk „jednodušší“ podobou fúze, než jakou využívá Slunce – na Zemi se budou slučovat jádra izotopů vodíku (deuteria a tritia), v jádru Slunce se spojují jádra běžného vodíku, tedy jednoduše řečeno dva protony. Takové „hoření“ je pomalejší než spojování izotopů vodíku a nemá smysl na něj v pozemských reaktorech čekat. |
Nemůžeme ovšem pominout ani skutečnost, že v oboru jaderné fúze v posledních letech výrazně roste optimismus. Je to vidět i na soukromých investicích do oboru, který donedávna byl výhradně doménou státních institucí.
V loňském roce například ropná společnost Enron (mimo jiných) investovala do společnost CFS. Ta chce vyvinout lepší a účinnější verzi nejznámějšího a nejpoužívanějšího fúzního zařízení, takzvaného tokamaku.
Toto zařízení ve tvaru americké koblihy s otvorem („donutu“) vzniklo v SSSR v 50. letech a už desetiletí je považováno za nejslibnější prostředek k vytvoření fúzní energetiky. CFS chce výrazně vylepšit klíčovou součást tokamaku s pomocí materiálů a technologií vyvinutých v poslední době.
Tým z CFS se mnohé naučil na mezinárodním neziskovém projektu velkého fúzního reaktoru ITER. Ten byl dlouhé roky dokladem všech rizik velkých mezinárodních projektů, v posledních několika letech se ovšem vrátil na správnou kolej. Do značné míry je to zásluha ředitele Bernarda Bigota, který ho vede od roku 2015.
Význam ITERU potvrdila i lednová zpráva skupiny vědců z americké akademie věd, která USA doporučuje nadále zůstat v projektu. Podle dokumentu je pokrok ve zvládání fúze patrný a odchod z projektu by americké vědce připravil o cenný kontakt s mezinárodním prostředím. Zároveň ovšem zpráva dodává, že Spojené státy by se měly připravit na podporu projektu „kompaktnějších“, a tedy i levnějších fúzních reaktorů, pokud ITER dokáže, že fúzní energie by mohla být s dnešními technologiemi dosažitelná.
Trochu jinak
TAE v tomto ohledu ovšem stojí poněkud stranou „fúzního mainstreamu“. Firma vznikla výhradně s pomocí soukromého kapitálu a až do roku 2015 byla prakticky neviditelná, dokonce ani neměla vlastní webové stránky. Dnes již fungují, dokonce včetně knihovny zveřejněných odborných prací, a firma aktivně komunikuje se zbytkem světa, takže víme, že její představa využití fúzních pochodů se výrazně liší od tokamaků.
Ilustrace předpokládaného fungování centrální komory fúzního zařízení společnosti TAE. Růžový „doutník“ je samotné plazma, modře jsou vyznačeny proudy urychlených iontů, které mají oblaku plazmatu dodávat správný tvar a rotaci, aby zůstalo stabilní.
Jejich zařízení na rozdíl od tokamaků jako ITER neobsahuje mohutnou komoru ve tvaru pneumatiky, ve které supravodivé magnety drží plazma „pod kontrolou“. Zařízení sice má „špunty“ ze dvou magnetických polí na obou pólech, oblak extrémně horkého plazmatu má však pohromadě udržet do značné míry magnetické pole proudu obíhajícího samotným plazmatem. Můžete si to představit jako vytvarovaný oblak cigaretového kouře, který by držel sám od sebe pohromadě. Což je samozřejmě těžké, a tak je v zařízení ještě „vnější plot“ tvořený nabitými částicemi, které do oblasti na okraji plazmatu vystřeluje urychlovač částic.
Koncept je známý už zhruba od poloviny 20. století a označuje se jako „konfigurace s reverzním magnetickým polem“ (anglicky Field Reversed Configuration, čili FRC). V praxi však nebyl k ničemu. Plazma se takto podařilo udržet na dobu jen extrémně krátkou (cca desetitisíciny sekundy). Proti tomu experimentální tokamaky plazma udrží v řádu minut.
TAE také hodlá využívat jiné „palivo“. V extrémních podmínkách Slunce a jiných hvězd se mohou slučovat různé prvky, i poměrně těžké. My na Zemi máme skromnější možnosti, a tak se obvykle uvažuje o fúzi těch „nejochotnějších“. V ITERu se tedy má využívat fúze dvou „typů“ (tj. izotopů) vodíku, deuteria a tritia. Jde o tzv. DT fúzi a má tu velkou výhodu, že vyžaduje poměrně „nízké“ teploty kolem 100 milionů stupňů.
Ovšem tritium je extrémně vzácné a je nutné ho vyrábět. Navíc se většina energie při reakci uvolní v podobě neutronů s vysokou energií, které nedokážeme dobře využít. A navíc tyto těžko zastavitelné částice rozbíjejí jádra atomů materiálu tokamaku. Což nejen poškozuje jeho stěnu a zařízení, čímž se snižuje jejich životnost, ale navíc takto mohou vznikat radioaktivní atomy.
TAE se chce problému vyhnout tím, že dosáhne na jiný typ fúze, konkrétně vodíku a boru. Ta vyžaduje dosažení extrémně vysokých teplot kolem tří miliard stupňů, ke kterým se zatím nikdo ani nepřiblížil. Všechna dnešní zařízení se pohybují o řád níže. Pro TAE by to mohl být velký problém: chování plazmatu za miliardových teplot známe jen ze simulací a skutečnost se od nich může nepříjemně lišit.
Ovšem využití boru a vodíku eliminuje jiné zásadní problémy. Zaprvé není zapotřebí těžko dostupné tritium. A protože nevznikají žádné volné neutrony, jen tři jednoduše zastavitelné alfa částice, tedy tři jádra helia (odtud název „Tri Alpha“), odpadají potíže spojené s uvolňováním nebezpečných a „nezvladatelných“ rychlých neutronů. Abychom to řekli úplně jednoduše: hypotetická vodíkovo-borová fúzní elektrárna by měla být provozně výrazně levnější a jednodušší než zařízení typu ITER.
V praxi to tak samozřejmě není. Pokud víme, TAE má zatím experimentální zařízení, které dokáže udržet plazma bez ztráty energie zhruba několik setin sekundy. Vylepšilo tedy světový rekord o řád, ovšem k cíli mu ještě několik řádů chybí. S teplotou je to podobné, i tady TAE k cíli zhruba dva řády chybí.
I když musíme uznat, že firma dosáhla nepochybně zajímavých výsledků poměrně rychle a hladce, snad se nedivíte, že tvrzení šéfa firmy TAE o „průlomu“ během několika příštích let označíme téměř jistě za přehnaně optimistické. Ovšem vzhledem k tomu, co všechno se dnes v oboru děje, začneme šetřit naším oblíbeným vtipem, podle kterého jaderná fúze je, byla a vždy bude energií budoucnosti. Za pár desítek let by nám tento bonmot mohl někdo oprávněně vyčítat.
Informace: V článku jsme opravili chybnou informaci, že částice alfa tvoří jádra vodíku. Ve skutečnosti jde o jádra hélia.
