Jaderná fůze - zachránce příštích let

Úno 5, 2010

  jaderná fůze
    Schéma jaderné fůze (slučování).
 

    Zásoby fosilních paliv se neustále tenčí, obnovitelné zdroje zatím nejsou na takové úrovni aby je dokázaly plně nahradit a jaderné energie se někteří lidé obávají víc než čert pověstného kříže. Jak tedy z blížící se energetické krize ven. Odpověď je vcelku snadná - zvedněme hlavu a podívejme se na Slunce.

    Naše nejbližší hvězda, ostatně jako všechny ostatní ke svému životu využívá proces zvaný jaderná fůze. V praxi to znamená slučování lehkých jader (u Slunce hlavně vodíku) na jádra těžší (u Slunce vznikají heliová jádra). To vše je doprovázeno uvolněním ohromného množství energie, které my vnímáme coby teplo a světlo.Vynalézavý člověk rychle pochopil princip hvězdného pohonu a pokusil se ho použít i na Zemi, jenže narazil na jeden velký a doposud nepřekonatelný problém. Aby se jádra vodíku spojila, musí se k sobě dostat tak blízko aby mezi nimi začaly působit velmi silné jaderné síly. Jenže problém spočívá v tom, že jednotlivá jádra se od sebe velmi silně odpuzují. S trochou fantazie se to dá přirovnat k situaci, kdy se k sobě snažíte přiložit dva vzájemně se odpuzující konce magnetů. U atomů navíc přichází i další problém, který u magnetů neřešíme - jsou tak malé, že nedají "uchopit do ruky". Slunce a ostatní hvězdy si s tím příliš velkou hlavu nedělají. Jejich ohromná hmotnost a gravitace tlačí jádra ohromným tlakem k sobě takže fůze může bez problémů probíhat. Jak ale na Zemi tyto procesy vyvolat uměle?

    Možnosti jsou v zásadě dvě. První z nich spočívá ve vytvoření plasmatu (tedy extrémně zahřátého ionizovaného plynu), které bude obíhat ve spirále pomocí silného magnetického pole. Na tomto principu pracuje takzvaný tokamak. V jeho reakční komoře by plasma zahřálo vložené palivo (deuterium a tritium) tak intenzivně, že by do sebe jednotlivé atomy narážely s takovu silou, která by překonala i odpudivé síly). Jenže už jen samotná otázka vytvoření plasmatu je při současné úrovni techniky někde na úrovni science-fiction a to ani nemluvíme o jeho udržení, které by bylo potřebné pro stálý provoz fůzního reaktoru. Druhou metodou je použití velmi silných laserů, které svou energií v jeden čas "zaútočí" na kapsli zmrazeného vodíku (přesněji deuteria - těžkého vodíku, který má v jádře o jeden neutron navíc a nachází se ve vodě a tritia, tedy supertěžkého vodíku, který má o dva neutrony navíc) umístěnou ve speciálním dutém, zlatém válečku. Tímto rychlým útokem dojde na jeho stěnách rentgenové záření o teplotě skoro3 miliony Kelvinů. Tahle teplota stačí k tomu aby se odpařil povrch kapsle a zbytek aby se rázovou vlnou "zhroutil sám do sebe" - došlo by k opaku exploze, tedy k implozi. Tlak i teplota vzrostou miliony stupňů Celsia a kapsle dosáhne hustoty 20krát vyšší než má olovo,čímže dochází ve 20 miliardtinách sekundy k fúzi. Vložená energie se sice několikrát vrátí, ovšem stále pro nás zůstává až příliš vysoká, nemluvě o nutnosti jejího stálého zabezpečení.

    Na první pohled je jaderná fůze téměř nereálným výdobytkem, který pochází ze sféry snů - posuďte sami - při jeho provozu nevznikají žádné toxické či radioaktivní látky - jediným "odpadním" produktem reakce je bezpečné helium, které se využívá například pro plnění pouťových balonků. A vlastní palivo? Tím je, ačkoliv se tomu skoro vůbec nechce věřit - obyčejná voda.

    Není se co divit, že využití jaderné fůze nedá spát technikům na celém světě. Využití procesů, které pohánějí hvězdy v současné době zaměstnává desítky mozků z celého světa. A jedním z nejvýznamnějších středisek, které se jaderné fůzi věnují je NIF - National Ingniton Facility (národní zážehové středisko) působící v Kalifornském Livermore. Tato desetipodlažní budova o ploše tří fotbalových hřišť v sobě ukrývá nejsilnější soudobý pozemský laserový systém. Pokud vás zajímá jak se tahle laboratoř budovala, podívejte se na následující video.

    Před několika dny se tenhle laserový systém, který v plném výkonu dokáže z původního paprsku o intenzitě pouhých 750 pikojoulů (biliontin joulu) učiní 192 identických superlaserů o celkové intenzitě stěží uvěřitelných 1,8 megajoulu, podařilo uvést do provozu a první výsledky vypadají velmi nadějně. Celý systém pracuje na principu dělení paprsku napůl a jeho následného dělení. A to probíhá tak dlouho dokud nevznikne 192 paprsků o výkonu, o kterém jsme psal výše. Během testů pracoval laser jen na 40% výkonu a kulička nebyla naplněna palivem. První ostré testy se očekávají na konci tohoto roku. Pokud vás zajímá jak vlastně celý systém "přípravy" laserů probíhá, podívejte se na následující video.

    Je ale jasné, že i když všechny laboratoře dělají všechno pro výzkum fůzního reaktoru, termín jeho první ostrého spuštění se odhaduje na rok 2050, kdy by mohly první reaktory začít dodávat energii do sítě. Bude to ale běh na hodně dlouhou trať, nicméně právě NIF je velkým příslibem do budoucna, který nám celou cestu velmi usnadní.

     Co říkáte na využití jaderné fůze pro výrobu elektrické energie? Věříte, že se jednou lidstvo dočká funkčního fůzního reaktoru? Kdy to podle vás bude? Co si vlastně myslíte o NIF? Napište nám o tom! Pro své názory a dotazy využijte tento diskusní panel.