Jadroví fyzici, pracujúci v rámci projektu Tokamak Energy vo Veľkej Británii, dosiahli rekord na ich fúznom reaktore, malom sférickom tokamaku — podarilo sa im zahriať ióny na magickú hodnotu až 100 miliónov stupňov Celzia. Aj vďaka tomuto úspechu sme opäť o malinký krok bližšie k tomu, aby sa jadrová syntéza (fúzia) stala použiteľnou aj v reálnom živote.
Vysoko horúce ióny
Zohrievanie atómových častíc na teplotu približne 100 miliónov stupňov Celzia, alebo teda na hodnotu 8,6 kiloelektrónvoltov je z energetického hľadiska rozhodujúce pre započatie jadrovej fúzie, uvádza portál Science Alert.
„Teploty iónov presahujúce 5 kiloelektrónvoltov neboli predtým dosiahnuté na žiadnom sférickom tokamaku. Doteraz sa podarili dosiahnuť iba na oveľa väčších zariadeniach s podstatne väčším výkonom,“ píšu vedci v štúdii publikovanej v časopise Nuclear Fusion.
Sférickému tokamaku ST40 sa teplotu 100 miliónov stupňov podarilo dosiahnuť už minulý rok. Tentoraz je ale významný optimalizačný trik, ktorým teplotu dosiahli. Kladne nabité častice — ióny — zahriali totižto viac ako záporné elektróny. Vďaka tomu sa podarilo zvýšiť množstvo fúznych reakcií a aj samotný výkon reaktora.
„Tieto teploty boli dosiahnuté v scenároch s horúcimi iónmi, kde ich teplota prevyšovala teplotu elektrónov a to dva faktory či viac,“ napísali vedci.
Je nutné poznamenať, že dosiahnutie takejto vysokej teploty sa podarilo len na veľmi krátky čas – 150 milisekúnd.
Malý sférický tokamak
Zaujímavosťou tohto fúzneho reaktora sú jeho rozmery. Má priemer iba 80 centimetrov, čím sa radí medzi veľmi malé zariadenia. Ďalšou zaujímavosťou je jeho sférický tvar. Zvyčajne majú tokamaky tvar šišky. Výhodou sférického tvaru je, že môže byť lacnejší, čo sa zostavenia týka a potenciálne efektívnejší a stabilnejší. Nevýhodou je potreba stredového piliera, ktorý sa časom opotrebuje a je nutné ho vymeniť.
Čo je to fúzia
Fúzia sa považuje za svätý grál energetiky. Je opakom jadrového štiepenia, ktoré sa bežne využíva v jadrových elektrárňach. Fúzia napodobňuje jav, ktorý sa odohráva vo vnútri hviezd, teda aj na našom Slnku. Pri pôsobení vysokej teploty a tlaku sa jadrá vodíka zlúčia a uvoľnia veľké množstvo energie. Problémom je udržať tento proces stabilný dlhý čas a tým zabezpečiť dodávku energie.
Tam, kde sa hviezdy spoliehajú na obrovské množstvo gravitácie a vysokú teplotu, my ľudia na Zemi sme nútení sa spoliehať len na teplotu, ktorou sa dá kompenzovať aj tlak vo vnútri hviezd.
Vo vnútri tokamaku sa plynné vodíkové palivo mení pôsobením tlaku a teploty na úrovni desiatok miliónov stupňov Celzia na plazmu. Aby sa tokamaky pri takej veľkej teplote neroztopili, plazma, v ktorej jadrová fúzia prebieha, je udržiavaná v silnom magnetickom poli.
Ďalším významným problémom je, že reaktor by mal vyprodukovať viac energie, ako je do neho vloženej. Jednému z takýchto výskumov v amerických Národných laboratóriách Lawrence Livermore sa to podarilo, keď ich spôsob naštartovania jadrovej fúzie pomocou laserov vytvoril viac energie, ako do nej vložili. Aj keď je tento spôsob fúzie komerčne zatiaľ nevyužiteľný, dokazuje, že jadrová fúzia s konečným cieľom vytvorenia fúznej elektrárne má zmysel.
Jednoznačnou výhodou fúzie je to, že neprodukuje rádioaktívny odpad (alebo len minimálne množstvo), a tiež zásoby vodíka na Zemi sú z praktického pohľadu nevyčerpateľné.
Čakanie na ITER
Dosiahnutie udržateľnej fúzie je tak vzdialený a mimoriadne náročný a zložitý proces. Veľká nádej sa okrem projektov, ako je aj tento, vkladá najmä do medzinárodného projektu ITER, ktorý vzniká na juhu Francúzska. Po dobudovaní to bude najväčší experimentálny fúzny reaktor a mal by dokázať udržiavať plazmu stabilnú dlhšiu dobu, a tiež produkovať viac energie, ako sa do systému použije. Celkové náklady na projekt ITER sa odhadujú na 22,5 miliardy dolárov.
Po úspešnom dokončení projektu ITER by mala nasledovať výstavba prvej fúznej elektrárne na svete. Teoreticky by sa s jej výstavbou mohlo začať o niekoľko desiatok rokov.
Nahlásiť chybu v článku