Míľnik v jadrovej fúzii. Sme o krok bližšie k bezpečnému a čistému zdroju energie

Prvý raz v dejinách sa podarilo vykonať jadrovú fúziu, pri ktorej sa vyrobilo viac energie, než koľko sa vyžadovalo na jej spustenie.

Viacerí vedci to označili za „významný prelom“, „míľnik“ alebo „veľký pokrok“.

Ak sa technológia bude ďalej vylepšovať, „potenciálne by v budúcnosti mohla predstavovať zdroj energie“, povedal podľa The New York Times Mark Herrmann z vedeckého ústavu Lawrence Livermore National Laboratory, kde k jadrovej fúzii došlo.

Laboratórium sa nachádza v Kalifornii neďaleko San Francisca a k prelomovej jadrovej reakcii došlo 5. decembra.

Energia bez skleníkových plynov

Fúzna reakcia poháňa Slnko a zvládnuť tento typ reakcie možno prirovnať k tvorbe kúska hviezdy na Zemi. Odborníci si od nej sľubujú, že jedného dňa by mohla poskytovať čistú elektrickú energiu bez emisií skleníkových plynov.

„Fúzia má potenciál poskytnúť takmer neobmedzený, bezpečný a čistý zdroj energie bez emisií uhlíka,“ cituje denník The Guardian Robbieho Scotta z britského výskumného centra Central Laser Facility.

Jej výhodou je aj to, že je oveľa účinnejšia ako súčasná technológia štiepnej reakcie. Navyše produkuje iba minimum jadrového odpadu a pre svoj chod vyžaduje bohato zastúpený vodík.

Podľa viacerých by technológia mohla prispieť k riešeniu klimatickej krízy.

Diamant sa vyparil v zlomku sekundy

O pokroku vo fúznej reakcii písal v nedeľu ako prvý denník Financial Times. Tento utorok bol prelom v jadrovej energetike oficiálne oznámený na tlačovej besede amerického ministerstva energetiky.

V kalifornskom ústave Lawrence Livermore National Laboratory disponujú najvýkonnejším laserovým systémom na svete.

Pri fúznej reakcii vedci zamerali 192 lúčov lasera na malý valec zo zlata a z ochudobneného uránu. Vnútri sa nachádzala diamantová kapsula menšia ako zrnko korenia.

Keď na ňu namierili lasery, vznikli röntgenové lúče, ktoré spôsobili, že diamant sa v zlomku sekundy vyparil. Nasledovala tlaková vlna, ktorá spôsobila, že izotopy vodíka v kapsule – deutérium a trícium – sa spojili. V krátkom okamihu, ktorý trval menej ako 100 bilióntiny sekundy, dopadlo na kapsulu 2,05 megajoulov energie. Von vyleteli neutrónové častice, produkt jadrovej fúzie, ktoré niesli 1,5-násobok vloženej energie, približuje portál NPR a denník The New York Times.

Fúzna reakcia

Fúzne reakcie sa líšia od tých štiepnych. Zatiaľ čo pri štiepnych jadrových reakciách sa jadro ťažkého atómu rozpadá (štiepi), pri fúznych dochádza k fúzii, to znamená spájaniu, v tomto prípade ľahkých atómov vodíka do hélia.

Pri tomto procese sa generuje obrovské množstvo energie.

Technológia, ktorú použili v Lawrence Livermore National Laboratory, sa líši od populárnejších tokamakov (typ fúzneho reaktora). V týchto reaktoroch sa plynný vodík zahrieva na teplotu dostatočne vysokú na to, aby sa elektróny odtrhli od jadier vodíka a vytvorili plazmu, prehriaty plyn izotopov vodíka.

Na dosiahnutie fúzie v tokamakoch sa používajú magnetické polia, ktoré udržujú plazmu vo fúznom reaktore. Pri reakcii sa zlučujú dva odlišné izotopy vodíka – deutérium a trícium. Pod vysokým tlakom a vysokou teplotou sa spájajú do hélia a uvoľňuje sa energia vo forme neutrónov.

Vo februári 2022 vedci oznámili, že pri fúznej reakcii v tokamaku Joint European Torus (JET) v Anglicku vyrobili 59 megajoulov energie. Tým takmer trojnásobne prekonali rekord z roku 1997 (22 megajoulov).

Význam experimentu spočíval aj v miernom predĺžení trvania reakcie na päť sekúnd.

„Ak fúznu reakciu dokážeme udržať po obdobie 5 sekúnd, v budúcich zariadeniach ju dokážeme udržať aj 5 minút a neskôr aj 5 hodín,“ povedal Tony Donné, riaditeľ konzorcia EUROfusion, ktoré spravuje JET.

National Ignition Facility

Zariadenie National Ignition Facility (NIF), kde došlo k prelomovej jadrovej fúzii, začalo fungovať v roku 2009. Náklady na jeho výstavbu dosiahli 3,5 miliardy amerických dolárov.

Hlavným cieľom zariadenia je vykonávať malé výbuchy, ktoré verne napodobňujú procesy v termonukleárnych hlaviciach. Spojené štáty testovali jadrovú zbraň naposledy v roku 1992.

Údaje z týchto výbuchov sa vkladajú do počítačových simulácií, aby vedci určili, či sú jadrové zbrane spoľahlivé napriek tomu, že ich USA desaťročia nepoužili, píše portál NPR.

Prvý väčší úspech s jadrovou fúziou dosiahli v zariadení NIF v roku 2014, no vyrobená energia bola malá a 60-wattová žiarovka by ju spotrebovala za päť minút.

Ďalší úspech prišiel minulý rok, keď sa najviac priblížili vyrovnanej energetickej bilancii. K prekonaniu tohto rekordu došlo teraz, 5. decembra 2022.

Od elektrárne sme stále desaťročia

K využívaniu energie z jadrovej fúzie sme ešte stále ďaleko.

Ak nedôjde k ďalšiemu zásadnému prelomu, nemožno očakávať, že táto technológia zohrá významnú úlohu pri výrobe energie ešte v 60. alebo 70. rokoch tohto storočia, vraví pre NPR Tony Roulstone, odborník na jadrovú energetiku z Cambridgeskej univerzity. Podľa neho sa v súčasnosti nevie ani to, ako by mala elektráreň na jadrovú fúziu vyzerať.

Zariadenie National Ignition Facility (NIF) dokáže v súčasnosti lasermi ostreľovať diamantovú kapsulu len raz týždenne, ale na výrobu elektrickej energie by sa tento proces musel opakovať mnohokrát za sekundu, vysvetľuje portál NPR.

Vyriešiť by sa musela aj masová výroba takých kapsúl.