Fúzní reaktor opět posouvá hranice možného

Američtí vědci z kalifornské laboratoře v National Ignition Facility (NIF) na konci července zopakovali průlom fúzního zapalování z předchozího loňského experimentu, a dosáhli při fúzní reakci čistého energetického zisku, tzn., že fúze vyrobila více energie, než činí laserová energie použitá k jejímu pohonu.
Vědci zaměřili laser na paliva, aby spojili dva lehké atomy a uvolnili energii s využitím modulu speciálního předzesilovače, který zvyšuje energii laseru, když putuje do cílové komory a experiment inicioval fúzní zapálení generováním 3,15 megajoulů energie poté, co laser dopravil 2,05 megajoulů do cíle.

Čína s rekordním časem 7 minut
Významný posun ve výzkumu nukleární fúze však proběhl i na opačné straně Pacifiku: Čínský reaktor EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), označovaný také jako „umělé Slunce“, běžel na jaře letošního roku na plný výkon téměř 7 minut (403 s) v ustáleném stavu dlouhé plazmové operace s vysokým omezením, což je výrazně déle než 5minutová hranice, kterou nedávno vědci deklarovali jako průlomový milník pro technologii jaderné fúze. Tím EAST stanovil nový světový rekord. Cílem čínského tokamaku je udržet plazma o teplotě cca 100 milionů °C déle než 1000 s, tedy zhruba 17 minut.
Už před dvěma lety (28. května 2021 dosáhl čínský fúzní reaktor elektronové teploty plazmatu 120 mil. °C po dobu 1,6 minut (101 s) a na 20 s dokonce 160 mil. stupňů, čímž překonal svůj předchozí výkon z roku 2017, kdy udržel po podobně dlouhou dobu plazma „jen“ s 50 mil. °C, ale i předchozí rekord korejského tokamaku KSTAR z roku 2020, který zvládl iontovou teplotu přes 100 mil. °C po dobu 20 s.

Štěpná reakce „naruby“
Termojaderná fúze probíhající za vysokých teplot je reakce, při níž dochází ke slučování atomových jader lehčích prvků v jádru těžších prvků a zároveň k uvolnění energie. Když se atomy vodíku ve fúzním reaktoru ohřejí na teploty nad 100 mil. °C a výsledná plazma vytvoří podmínky, které umožní atomům sloučit se a vytvořit helium, uvolní se během tohoto procesu i obrovské množství energie. Jde v podstatě o opak štěpné reakce jader těžkých prvků, kde výsledkem je mnohem více energie, ale bez radioaktivního odpadu. Termojaderná fúze je zdrojem energie většiny hvězd (včetně Slunce) a v pozemských podmínkách ji umožňuje zařízení označované jako tokamak – speciální reaktor využívající toroidní magnetické pole, které má za úkol udržet částice horkého plazmatu izolované od stěn reaktoru, aby nedošlo ke kolapsu procesu.
Úspěšné experimenty z poslední doby jsou významným výsledkem i pro projekt mezinárodního experimentálního reaktoru ITER, na němž se USA a Čína rovněž podílí. Jde o důležitý stupeň k dosažení budoucí vyšší provozní účinnosti fúzních elektráren. Čína je nyní připravena dokončit práce na konstrukčním návrhu zkušebního projektu China Fusion Engineering Test Reactor, který je považován za fúzní reaktor nové generace a má ambice stát se po svém dokončení plánovaném do roku 2035 prvním demonstrátorem fúzní energie na světě. Ovšem zhruba ve stejné době už by měly dospět do finále i experimenty s reaktory Tokamak v dalších zemích. Od funkční jaderné fúze by nás tak mělo podle výzkumníků dělit už jen zhruba deset let.

Petr Sedlický
Foto: LLNL/Damien Jamieson, NIF, EAST

Publikováno: 16. 10. 2023 | Počet zobrazení: 127 21