Jaderní fyzici dosáhli mimořádného úspěchu v drobném fúzním reaktoru. Roztopili v něm nabité částice (ionty) na 100 milionů stupňů Celsia.

Horké místo v Anglii

Zahřívání částic na nejméně 100 milionů stupňů, což odpovídá 8,6 kiloelektronvoltům, je z energetického hlediska základem pro spuštění termojaderné fúze, upozorňuje magazín Science Alert. Výzkumníci z britské společnosti Tokamak Energy, Princetonské univerzity a Národní laboratoře Oak Ridge dosáhli zmíněných hodnot ve fúzním reaktoru nazývaném sférický tokamak o průměru pouhých 0,8 metru, který stojí ve městě Didcot v anglickém hrabství Oxfordshire.

Holy grail of clean energy - The spherical #tokamak (called the ST40) uses a powerful magnetic field to confine hydrogen isotopes into a spherical shape, similar to a cored apple, as they are heated by #microwaves into a #plasma to produce #fusion #ITER #Tokamak1 pic.twitter.com/Sl1nUDYmVK

— Swissplasma (@SwissPlasma) June 4, 2023

V tokamaku se pomocí silných magnetů při nepředstavitelně vysokých teplotách vytváří magnetické pole, které má uchovávat vysokoteplotní plazma.

Na rozdíl od kruhovějších „koblihových“ drah zahřátého paliva ve větších reaktorech uzavírá sférický tokamak plazma do víru ve tvaru „jádra a jablka“, což by mělo zvýšit stabilitu fúze a jednou snad i stabilitu vyráběné elektrické energie.

Plazmová záře v nitru tokamaku ST40. | zdroj: Profimedia

„Teploty iontů ekvivalentní 5 kiloelektronvoltům nebyly dříve dosaženy na žádném sférickém tokamaku. Dosud se je podařilo docílit jen na několikanásobně větších zařízeních s výrazně vyšším výkonem,“ píší fyzici ve studii publikované v časopise Nuclear Fusion.

Slunce na Zemi

Jaderná fúze kopíruje procesy v jádru našeho Slunce a jemu podobných hvězd. V nich se za vysoké teploty a vysokého tlaku jádra vodíku přiblíží a převládne přitažlivá jaderná síla nad odpudivou elektrickou silou, což se dá přirovnat k přibližování dvou magnetů shodnými póly k sobě.

Jádra lehkých atomů vodíku se začnou spojovat a vytvoří jádra těžších prvků, jakým je helium. Při tom se uvolňuje obrovské množství energie, kterou hvězda vyzařuje jako světlo a teplo.

Během fúze, na rozdíl od štěpení těžkých jader v reaktorech, nevzniká téměř žádný radioaktivní odpad. Zásoby vodíku, který k fúzi potřebujete, jsou přitom skoro nevyčerpatelné.

Zní to pohádkově, ale pokud se nám podaří napodobit Slunce (slovo „pokud“ je klíčové), dostaneme prakticky nevyčerpatelný zdroj čisté energie bez škodlivých emisí.

Proč ale k tomu potřebujeme teploty několikanásobně (zhruba desetkrát) převyšující ty, které panují uvnitř Slunce? Odpověď je nasnadě: ve hvězdách je horké plazma udržováno pohromadě ohromnou gravitační silou, kterou na Zemi nemáme. Proto si musíme pomoci vysokou teplotou, abychom dokázali slučovat prvky a uvolňovat energii.

Skutečnost, že magickou teplotu dosáhli výzkumníci v tak malém reaktoru, je povzbudivá. Ve srovnání s mnohem většími fúzními reaktory jsou menší zařízení levnější, což může v budoucnu významně usnadnit jejich komerční nasazení.

V tokamaku ST40, který patří společnosti Tokamak Energy, dosáhli vědci vysokých teplot technologií „merging-compresion“. Při ní se vytvoří dva prstence plazmatu, které splynou přepojením magnetických siločar do jediného stlačovaného prstence.

Dokážeme to?

Ačkoli úspěch z Anglie může být pro leckoho vzrušující, jaderná fúze je stále v rané testovací fázi. Před jadernými fyziky leží ještě mnoho překážek, které musí překonat, než bude možné uvažovat o využití fúze jako praktického zdroje energie.

Ne všichni přitom věří, že výroba energie z jaderné fúze bude nakonec možná. Technické komplikace, které čekají na řešení, jsou kolosální.

Tyto komplikace ostatně vyplývají také ze zmíněného experimentu. Nejvyšší teplotu vědci v tokamaku udrželi pouze 150 milisekund. To je sice pěkný úspěch v laboratoři, ale příliš krátká doba na to, aby se dalo uvažovat o nějakém příspěvku do energetické sítě.

Od fúzních elektráren jsme však podle názoru většiny oborníků pracujících v oboru vzdáleni mnoho desítek let. Fúzi bude nutné nejen zažehnout, ale dlouhodobě udržet, regulovat a provozovat s energetickým ziskem ve velkém měřítku.

Každý takový posun, jaký jsme zaznamenali v Didcotu, nás ale přibližuje ke konečnému cíli. A tento posun je obzvlášť pozoruhodný, protože sférické tokamaky jsou jednou z nejslibnějších možností, jak vytvořit fúzní reakci tak, aby dávaly smysl nejen fyzikální, ale i ekonomické rovnice, píše magazín Science Alert.