Jaderná fúze ve hvězdách, včetně našeho Slunce, zásobuje vesmír energií. Kdybychom Slunce dokázali napodobit tady na Zemi, získáme nevyčerpatelný zdroj energie, svatý grál energetiky. Vědci o to usilují. A oznamují úspěchy.

Krocení plazmatu

Výzkumníci pracující s experimentálním zařízením pro výzkum termojaderné fúze v Ústavu fyziky plazmatu Čínské akademie věd vytvořili pozoruhodný rekord. Udrželi v něm extrémně horké plazma stabilní po dobu 403 sekund. Překonali tím vlastní rekord z roku 2017.

#China's "artificial sun" sets new world record!

The EAST (experimental advanced superconducting tokamak) in Hefei achieved a steady-state high confinement plasma operation for 403 seconds on April 12, a new world record & a milestone for fusion reactors. Bravo! #ChinaWisdom pic.twitter.com/kqPZS9TzHj

— IPR in China (@IPRinCN) April 19, 2023

Experiment uskutečnili v tokamaku HT-7U (EAST) ve městě Che-fej. Této magnetické nádobě ve tvaru koblihy říkají Číňané umělé Slunce, protože v něm napodobují podmínky, které panují v naší hvězdě.

Tokamak vytváří pomocí silných magnetů při nepředstavitelně vysokých teplotách magnetické pole, které slouží pro uchovávání vysokoteplotního plazmatu.

Obrázek fúzního reaktoru, který využívá magnetické pole k udržení plazmatu (fialová barva) v torusu (prstenci). Plazma se v něm zahřívá na vysoké teploty pro jadernou fúzi. | zdroj: Profimedia

Nynější zkušební test v čínském zařízení překonal předchozí rekord z května 2021, kdy při teplotě 120 milionů Celsia bylo plazma stabilní po dobu 101 sekund. Tentokrát byl výsledný čas téměř čtyřikrát delší.

V prosinci 2021 se během jiného experimentu v tokamaku EAST podařilo udržet stabilní plazma při teplotě 70 milionů stupňů Celsia po dobu 1056 sekund (17,6 minuty). Nyní tedy byla doba provozu reaktoru byla kratší. Reaktor byl ale spuštěn v jiném režimu a plazma bylo jasně ohraničené.

„Hlavní význam tohoto průlomového experimentu spočívá v jeho ‚režimu s vysokou uzavřeností‘, při němž se výrazně zvyšuje teplota a hustota plazmatu,“ cituje magazín Nuclear Engineering International ředitele Ústavu fyziky plazmatu Songa Juntao.

Rozžhavený víc než Slunce

Termojaderná fúze se od štěpení liší tím, že se při ní slučují atomy. Při tom tom se uvolňuje energie. Fúze nevytváří toxický odpad.

Uvnitř tokamaku je plynné vodíkové palivo vystaveno intenzivnímu teplu a tlaku, dokud se z něj nestane plazma žhavější než jádro Slunce, což vytváří prostředí pro jadernou fúzi. Silná magnetická pole toto plazma omezují, zabraňují jeho dotyku se stěnami a udržují reakci, která vyžaduje přesné řízení a intenzivní tlak.

Ačkoli tokamak HT-7U (EAST) bývá nazýván umělé Slunce, teplota v něm předčí hodnoty dosahované ve Slunci. Zatímco ve středu naší hvězdy panují teploty kolem „pouhých“ 15 milionů stupňů Celsia, v tokamaku výrazně převyšují 100 milionů stupňů.

Je za tím jednouchý důvod. Na Zemi není možné dosáhnout takového tlaku jako uvnitř Slunce, kde je drtivá gravitace. V tokamaku je proto tlak nahrazen extrémní teplotou, vyvolanou pomocí mikrovln. 

Kolik rekordů zbývá k fúzní elektrárně?

Experimenty s termojadernou fúzi připomínají sportovní klání. Je v nich složité sledovat rekordy. Rychle přibývají.

Velké naděje teď vědci vkládají do mezinárodního projektu termonukleárního experimentálního reaktoru ITER, který se staví ve Francii. Tento reaktor by měl nejen udržet plazma po delší dobu, především by se v něm vědci měli pokusit víc energie, než kolik se do experimentu vloží.

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.