Vědci dokázali úžasné věci, ale ne všechny mají praktické využití, alespoň zatím. Skvělým příkladem je fúze. (Foto: Flickr)

Live Science uvádí, že největší jaderný fúzní reaktor na světě je konečně dokončen.

Fúzní reaktor ITER (International Fusion Energy Project), který se skládá z 19 masivních cívek zacyklených do několika toroidálních magnetů, měl původně začít s prvním plným testem v roce 2020. Nyní vědci tvrdí, že se rozhoří nejdříve v roce 2039.

ITER obsahuje nejsilnější magnet na světě, takže je schopen vytvořit magnetické pole 280 000krát silnější než to, které stíní Zemi.

Úctyhodná konstrukce reaktoru je spojena se stejně vysokou cenou. Původně měl stát přibližně 5 miliard dolarů a být spuštěn v roce 2020, nyní však došlo k několikanásobnému zpoždění a jeho rozpočet se vyšplhal na více než 22 miliard dolarů, přičemž dalších 5 miliard dolarů bylo navrženo na pokrytí dodatečných nákladů. Tyto nepředvídané výdaje a zpoždění stojí za posledním, patnáctiletým odkladem.

Vědci se snaží využít sílu jaderné fúze – procesu, při kterém hoří hvězdy – již více než 70 let. Slučováním atomů vodíku na helium za extrémně vysokých tlaků a teplot přeměňují hvězdy hlavní posloupnosti hmotu na světlo a teplo, čímž generují obrovské množství energie, aniž by produkovaly skleníkové plyny nebo dlouhodobý radioaktivní odpad.

Replikovat podmínky, které panují v srdcích hvězd, však není jednoduchý úkol. Nejběžnější konstrukce fúzních reaktorů, tokamak, funguje na principu přehřívání plazmatu (jeden ze čtyř stavů hmoty, který se skládá z kladných iontů a záporně nabitých volných elektronů) a jeho následného uvěznění v komoře reaktoru ve tvaru šišky se silným magnetickým polem.

Působivé, ale …

Za předpokladu, že reaktor původně plánovaný na rok 2020 bude konečně provozuschopný v roce 2039, budu ohromen.

Sakra, jsem ohromen tím, čeho jsme již vědecky dosáhli. Ale zajímalo by mě, jaké to má praktické využití.

Udržet turbulentní a přehřáté cívky plazmatu na místě dostatečně dlouho, aby mohlo dojít k jaderné fúzi, je však náročné. Sovětský vědec Natan Javlinskij zkonstruoval první tokamak v roce 1958, ale od té doby se nikomu nepodařilo vytvořit reaktor, který by byl schopen vydat více energie, než přijme.

Jednou z hlavních překážek je manipulace s plazmatem, které je dostatečně horké na to, aby došlo k fúzi. Fúzní reaktory vyžadují velmi vysoké teploty (mnohonásobně vyšší než teplota Slunce), protože musí pracovat při mnohem nižších tlacích, než jaké jsou v jádrech hvězd.

Například jádro skutečného Slunce dosahuje teplot kolem 27 milionů Fahrenheita (15 milionů stupňů Celsia), ale tlak v něm se rovná zhruba 340 miliardnásobku tlaku vzduchu na úrovni hladiny moře na Zemi.

Uvařit plazmu na tyto teploty je relativně snadné, ale najít způsob, jak ji zahnat do kouta, aby nepropálila reaktor nebo nevykolejila fúzní reakci, je technicky složité. To se obvykle provádí buď pomocí laserů, nebo magnetických polí.

Otázky a odpovědi k teplotám

Jak by mohl reaktor dosáhnout teploty 27 milionů stupňů, aniž by se operace roztavila, je pravděpodobně hádankou pro každého, kdo uvažuje jasně.

Článek přináší odpověď. Jaké jsou však náklady a jak dlouho lze reakci udržet bez roztavení? Existují nějaké další problémy?

Pro tyto otázky se obraťme na článek z roku 2022. rovněž z Live Science.

O krok blíže k novému zdroji energie

Zvažte prosím možnost Krok blíže k novému zdroji energie.

Při nových experimentech se v zařízení Joint European Torus (JET) v Culhamu nedaleko anglického Oxfordu podařilo vytvořit ohnivě horké plazma, které uvolnilo rekordních 59 megajoulů energie – přibližně stejné množství energie, jaké uvolní výbuch 31 liber (14 kilogramů) TNT.

Jaderná fúze – stejná reakce, která probíhá v srdci hvězd – spojuje atomová jádra za vzniku těžších jader. Jaderní fyzici se již dlouho snaží vyrobit jadernou fúzi v reaktorech na Zemi, protože při ní vzniká mnohem více energie než při spalování fosilních paliv. Například množství atomů vodíku o velikosti ananasu nabízí tolik energie jako 10 000 tun (9 000 metrických tun) uhlí, uvádí se v prohlášení projektu ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

„Příprava těchto experimentů nám trvala roky. A nakonec se nám podařilo potvrdit naše předpovědi a modely,“ uvedla pro Live Science Athina Kappatou, fyzička z Institutu Maxe Plancka pro fyziku plazmatu v Garchingu u Mnichova. „To je dobrá zpráva na cestě k ITER.“

JET, který zahájil provoz v roce 1983, nyní používá jako palivo izotopy vodíku deuterium a tritium. Zatímco běžný atom vodíku nemá ve svém jádře žádné neutrony, atom deuteria má jeden neutron a atom tritia dva. V současné době je to jediná elektrárna na světě, která je schopna pracovat s palivem deuterium-tritium – i když ITER ho bude po uvedení do provozu také používat.

Fúze deuteria a tritia však představuje řadu problémů. Například fúze deuteria s tritiem může generovat nebezpečné množství vysoce energetických neutronů, z nichž každý se pohybuje rychlostí přibližně 116 milionů mph (187 milionů km/h), tedy 17,3 % rychlosti světla – tak rychle, že by mohly doletět na Měsíc za méně než 8 sekund. Proto je při těchto experimentech nutné speciální stínění.

Pro nové experimenty byla předchozí uhlíková výstelka v reaktoru JET v letech 2009 až 2011 nahrazena směsí berylia a wolframu, která bude instalována i v reaktoru ITER. Tato nová kovová stěna je odolnější vůči namáhání při jaderné fúzi než uhlík a také na ní ulpívá méně vodíku než na uhlíku, vysvětlila Kappatouová, která připravovala, koordinovala a vedla klíčové části nedávných experimentů na JET.

Dalším problémem při experimentech s deuterium-tritiovou fúzí je skutečnost, že tritium je radioaktivní, a proto vyžaduje zvláštní zacházení. Nicméně JET byl schopen s tritiem manipulovat již v roce 1997, poznamenala Kappatouová.

Zatímco deuterium je v mořské vodě hojně dostupné, tritium je velmi vzácné. Prozatím se tritium vyrábí v jaderných štěpných reaktorech, ačkoli budoucí fúzní elektrárny budou schopny emitovat neutrony a vyrábět vlastní tritiové palivo.

V lednu vědci z National Ignition Facility v Kalifornii odhalili, že jejich experiment s jadernou fúzí poháněný laserem generoval 1,3 megajoulu energie po dobu 100 biliontin sekundy – což je známka toho, že fúzní reakce generovala více energie z jaderné aktivity, než do ní přicházelo zvenčí.

Měděné elektromagnety, které JET používal, mohly kvůli teplu z experimentu fungovat jen asi 5 sekund. „JET prostě nebyl navržen tak, aby mohl dodávat více,“ řekla Kappatouová. Naproti tomu ITER bude používat kryogenně chlazené supravodivé magnety, které jsou navrženy tak, aby mohly pracovat neomezeně dlouho, poznamenali vědci.

Otázky vyvolávají otázky

Jedná se o úžasné úspěchy. Musíme však dokázat mnohem víc než udržet reakci po světově rekordních 100 biliontin sekundy.

Něco v tomto příběhu chybí, například proč trvá nejméně 15 let, než se provede test něčeho, co už je postaveno?

Navrhovaný proces se také velmi podobá perpetuum mobile.

Reaktor bude využívat fúzi k výrobě deuteria a tritia, které potřebuje k výrobě fúze, a také energii ke kryogennímu chlazení magnetů, které systém potřebuje k ochraně před sebou samým, jinak se to celé roztaví při 27 milionech stupňů Fahrenheita.

Pokud to není základní návrh, pak mi ho někdo vysvětlete. Pokud je to návrh, vynořují se další otázky.

Za předpokladu, že teorie funguje dokonale, jak dlouho může proces vydržet? Kolik vyrobené energie je potřeba na ochranu systému před vzniklým teplem?

Testy ITER byly naplánovány na rok 2020, ale byly přeloženy na rok 2039, aniž by bylo vysvětleno proč.

S potěšením však mohu oznámit, že jsme dosáhli pokroku, pokud jde o cílové termíny. Tím mám na mysli, že cíle, které se věčně zdály být vzdálené jen několik let, jsou nyní vzdáleny rozumnějších minimálně 15 let, a to pouze pro test.

Fúze planetu v dohledné době nezachrání, pokud vůbec někdy.

Odmítavý postoj

Jedna osoba poznamenala, že nerozumím tomu, jak funguje věda. To je lež. Vím moc dobře, jak věda funguje.

Očekávám od ní užitečné myšlenky bez ohledu na to, zda vyřeší naši údajnou existenční hrozbu, nebo ne?

Ano, očekávám. Ale to má jen málo společného s tím, co jsem chtěl říct.

Máme test v roce 2039 a probíhá údajná existenční hrozba, kterou je údajně pozdě napravit do roku 2050.

Dnes máme praktické, věrohodné informace o tom, že fúze nebude svatým grálem, v nějž mnozí doufali. Tato skutečnost neznamená, že si myslím, že z toho nic užitečného nebude.

Marnost větrné a solární energie

Proberme si zatím, kam se díváme, a to na téma Marnost větrné a solární energie v jednom snadno pochopitelném obrázku.

Maroko je ideálním místem pro větrnou i solární energii. Je zde slunečno a větrno. Jak ale dostat energii z Maroka tam, kde je potřeba? Za jakou cenu?

Čistá nula je velmi nepravděpodobný výsledek

Ještě důležitější je, prosím, zvážit Omlouváme se fanouškům zelené energie, že čistá nula je velmi nepravděpodobný výsledek.

Probereme klimatické cíle Kjótského protokolu a desítky důvodů, proč nemá čistá nula do roku 2050 prakticky žádnou šanci.

Pokud s tím nesouhlasíte, nebo i když ne, přečtěte si prosím výše uvedený článek a řekněte mi, co máme udělat, jak to uděláme a kdo ponese náklady.

Co jiného než totální selhání stávajících cílů můžeme reálně očekávat?

Navrhuji, abychom se raději věnovali tomuto směru myšlení než se soustředili na mýtické unobtanium.

Zdroj: mtalk.com