Čína vytvořila další rekord na cestě k nukleární fúzi

Tato zařízení, označovaná jako tokamaky (z ruské zkratky pojmenování toroidní komory s magnetickými cívkami), by v budoucnu měla nahradit dnešní atomové reaktory. Na rozdíl od nich ale namísto štěpení využívají opačný princip – jadernou fúzi, při které dochází ke slučování dvojice lehčích atomových jader v těžší prvek, čímž se uvolňuje ohromné množství tepla. K zážehu této reakce a nastartování termonukleární fúze je ovšem zapotřebí enormní množství energie, aby bylo možné překonat tzv. Coulombovu potenciálovou bariéru (vzájemné odpuzování jader atomů), k čemuž dochází (v závislosti na charakteru příslušných elementárních prvků) obvykle právě při teplotách okolo 100 až 150 milionů stupňů Celsia.
A pak už zbývá jen maličkost: Proces udržet, aby se zvýšila pravděpodobnost srážek jader a následných fúzí, jež navyšují teplo plazmy a udržují reakci v chodu a tuto reakci ovládat.

100 milionů stupňů přes 1000 sekund
Na snaze dosáhnout tohoto úspěchu pracují vědci už desítky let, ale zatím se jim nepodařilo zdolat zásadní problém a podmínku fúzní reakce, ačkoli se jim ji už podařilo nastartovat. Podmínkou fúzní reakce je udržení stabilního dlouhodobého provozu a zajištění ovladatelnosti, aby mohlo zařízení pro jadernou fúzi úspěšně vyrábět elektřinu. K tomu však byla potřeba dosažení teplot nad 100 mil. stupňů Celsia.
Současné experimentální tokamaky rozpálí na podobné teploty ionizovaný plyn (plazma), který pak cirkuluje ve speciální toroidní komoře izolované pomocí extrémně silného magnetického pole, aby se nedotýkalo jejích stěn, jelikož by se začaly tavit. Je však potřeba udržet plazmu při vysoké teplotě dostatečně dlouho. Energetický výkon termonukleární reakce přesahuje nutný iniciační příkon, takže i když k zapálení je potřeba obrovské množství energie, jakmile se zařízení (resp. plazma v něm) rozžhaví na provozní teplotu, bude poté velmi efektivní.
Doba trvání 1000 sekund je považována za klíčový krok ve výzkumu fúze. Úspěch, kterého dosáhli vědci ASIPP s tokamakem EAST, označovaným také jako „umělé Slunce“, znamená skutečný průlom ve snaze o výrobu energie s využitím jaderné syntézy a představuje zásadní krok k vývoji fúzního reaktoru.
„Fúzní zařízení musí dosáhnout stabilní provoz s vysokou účinností po tisíce sekund, aby umožnilo samoudržující cirkulaci plazmy, která je kritická pro nepřetržitou výrobu energie v budoucích fúzních elektrárnách,“ řekl Song Yuntao, ředitel ASIPP.

Společně k fúznímu cíli
EAST je od zahájení svého provozu v roce 2006 otevřenou testovací platformou pro čínské i mezinárodní vědce k provádění experimentů a výzkumu souvisejících s jadernou fúzí. Od posledního kola experimentů vědci upgradovali několik jeho systémů, např. topný systém, který dříve fungoval s ekvivalentem téměř 70 000 domácích mikrovlnných trub, má nyní už dvojnásobný výkon při zachováni stability a kontinuity.
Ve stejném roce, kdy EAST zahájil svou činnost, se Čína také oficiálně připojila k programu International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) jako jeho 7. člen a je zodpovědná za zhruba 9 % výstavby a provozu projektu – ASIPP je hlavní jednotkou čínské mise.
ITER, který je ve výstavbě v jižní Francii, a na jehož vývoji se podílejí prakticky všechny vědecké a průmyslové velmoci včetně Evropy, USA, Číny a Ruska, které jsou jinak vzájemně ostře soutěžícími rivaly, bude po dokončení největším experimentálním zařízením pro fyziku plazmatu s magnetickým ohraničením na světě a největším experimentálním tokamakovým reaktorem pro jadernou fúzi.
A i když má ITER skluz a narůstá i skepse, zda bude tento nejdražší a nejnáročnější mezinárodní projekt vůbec někdy dostatečně efektivní, v případě úspěchu bude znamenat skutečnou energetickou revoluci a způsob, jak získat energii z atomu bez problému s bezpečným odstraňováním radioaktivního odpadu – při jaderné syntéze totiž žádný nevznikne.

EAST je zatím nejdále
Čínští výzkumníci jsou tak nyní asi nejdále na cestě k tomuto svatému grálu energetiky. V posledních letech zaznamenává EAST sérii klíčových milníků v režimu vysokého omezení, který slouží jako základní režim pro experimentální fúzní reaktory a umožnil získat cenné poznatky pro konstrukci tokamaků.
V lednu 2022 ohlásil tým EAST, že se mu podařilo udržet plazma o teplotě 70 mil. stupňů Celsia po dobu 1056 sekund (téměř 18 minut), a neuvěřitelných 160 mil. stupňů Celsia po dobu 20 sekund, což byla rekordní hodnota. Do té doby žádné zařízení plazma o tak vysoké teplotě po dobu delší než 1000 sekund nezvládlo.
Nyní tisícisekundovou hranici překonal EAST s plazmatem o teplotě 120 mil. stupňů Celsia (zhruba sedminásobek teploty, jaká panuje v jádru Slunce), čímž zlepšil i svůj předchozí světový rekord 403 sekund udržení tzv. ultrahorkého plazmatu (tj. zahřátého na teplotu přesahující 100 mil. stupňů) z roku 2023 (v roce 2017 to dokázal po dobu 101 sekund, což byl tehdejší historický milník).
V Hefei, východočínské provincii Anhui, kde se EAST nachází, je už ve výstavbě nová generace experimentálních zařízení pro výzkum jaderné fúze s označením Kuafu. Jejich cílem je urychlit vývoj energie na principu této technologie. Konečným cílem „umělého Slunce“ je vytvořit jadernou fúzi jako skutečné Slunce, což by mělo ve finále umožnit poskytnout lidstvu nekonečný čistý zdroj energie.

Josef Vališka
Foto: Shutterstock, Xinhua

Publikováno: 6. 3. 2025 | Počet zobrazení: 20 | Počet přeposlání: 0 3