Vědci stvořili hořící plazma. Splní se sen o věčné a levné energii?
30. 1. 2022 – 23:58 | Technologie | Pavel Jégl | Diskuze:
Jaderní fyzici potvrdili pozoruhodný pokrok v úsilí ovládnout termojadernou reakci, která se jednou může stát nevyčerpatelným zdrojem věčné, čisté a také levné energie.
Termojaderná fúze bývá pokládána za Svatý grál, který zachrání lidstvo před energetickým hladem. Cena elektřiny vyrobené ve fúzní elektrárně by měla být nižší než cena z jiných typů elektráren. A o zdroje by neměla být nouze. Do reaktoru bychom potřebovali vodík, jehož zásoby jsou téměř nevyčerpatelné, a odpadem by bylo využitelné helium.
Zatím je energie z fúze hudbou budoucnosti, ale krok za krokem se k ní blížíme.
Dokládají to experimenty jaderných fyziků, kteří fúzí poprvé vytvořili „hořící plazma“. Podařilo se jim to v Národní laboratoři Lawrence Livermorea v severní Kalifornii. Experti na prchavý okamžik předvedli, jak může palivo dodat teplo potřebné k udržení fúze v chodu.
Termojaderná fúze zásobuje vesmír energií. Ve Slunci a většině hvězd se při ní za extrémního tlaku i vysoké teploty přiblíží jádra vodíku natolik, že se spojují. Vznikají jádra atomů hélia, jejichž hmotnost je nižší než součet hmotností jader vodíku, která vstupují do reakce a z nichž hélium syntézou vzniká. Při tom se uvolňuje energie, kterou Slunce vyzařuje jako světlo a teplo. Na Zemi není možné dosáhnout takového tlaku jako ve středu hvězd, kde je drtivá gravitace. Tlak je proto v našich podmínkách nahrazen extrémní teplotou.
Vědci své experimenty z listopadu 2020 a února 2021 popisují ve studiích vydaných v odborných časopisech Nature Physics a Nature.
Nanosekundy, které dávají naději
Experti zkonstruovali palivovou kapsli tvaru kulaté skořepiny. Uvnitř byly malé válce z uranu, ve kterých se nacházelo palivo – izotopy vodíku. Na kapsli zamířili 192 laserů, které dodaly energii 1,9 megajoulů. Tím se vytvořil obrovský tlak a zejména vysoká teplota, za které se atomy vodíku začaly spojovat do hélia. Při této reakci se uvolnilo obrovské množství energie.
„Poprvé v jakémkoli zařízení pro výzkum fúze jsme dosáhli stavu hořícího plazmatu, kdy je z paliva vyzařováno víc fúzní energie, než bylo nutné k nastartování fúzních reakcí,“ cituje web Live Science hlavní autorku studie Annie Kritcherovou.
Tento předpoklad vyslovili vědci už loni v létě. Avšak až po několika měsících ho potvrdila podrobná analýza dat z pokusného zařízení.
„Při experimentech s termojadernou fúzí v průběhu desetiletí jsme získávali fúzní reakce spotřebovávající příliš velké množství vnějšího ohřevu k tomu, aby se plazma vůbec zahřál. Teď máme výkonnější technologii, která otvírá cestu k ještě vyšším úrovním fúze,“ řekl Live Science fyzik Alex Zylstra, který se na experimentech podílel.
Životnost plazmatu se měřila pouze v nanosekundách. Během této prchavé chvíle však vyprodukoval množství energie srovnatelné s deseti procenty sluneční energie, která v tomto „mžiku“ dopadne na zemský povrch.
Stav „hořícího plazmatu“ který vědci dosáhli, je předpokladem jaderného zapálení a samotné výroby energie. Zatím je ale do fúzních zařízení nutné dodávat víc energie, než kolik jí získáme. Kromě toho nedokážeme fúzní reakci dlouhodobě udržet.
Kdy ji ovládneme?
Termojaderná fúze ve hvězdách zásobuje vesmír energií. Až ji dokážeme napodobit, získáme jedinečný energetický zdroj, ekologický a bez radioaktivního odpadu.
Výroba energie fúzí na Zemi je patrně mnoho desítek let vzdálena, ale jednou bychom k ní měli dojít. Pro lidstvo by to byla přelomová chvíle.