Falešná naděje: jaderná fúze

Vědci již dlouhou dobu sní o ovládnutí jaderné fúze, která jinak probíhá pouze v nitru hvězd. Tento zdroj by mohl lidstvu zajistit v podstatě neomezené množství bezpečné a čisté energie. V loňském roce proběhl experiment, jehož příští verze může poprvé v rámci fúzního výzkumu uvolnit více energie, než bylo do experimentu vloženo. V souvislosti s tímto historickým mezníkem se množí otázky skeptiků, zda je fúzní reaktor vůbec realizovatelný.

Experiment proběhl počátkem loňského roku na americkém laserovém zařízení NIF (National Ignition Facility). Fúzní experiment ohlášený na druhou polovinu roku však byl pro neočekávané technické problémy odložen. K vysněnému cíli se přiblížil i druhý hlavní směr výzkumu – tokamak ITER by měl po roce 2020 produkovat 10krát více energie, než bude vloženo do ohřevu plazmatu. Pokud by se podařilo využít energii uvolněnou při jaderné fúzi, mohlo by to být základem revoluční elektrárny.

Na začátku výzkumu se předpokládalo, že technické problémy jsou řešitelné, pozornost se proto zaměřila na samotnou fúzi. Vědci však nyní odhalují závažné technické problémy, které mohou vybudování takového zařízení v nadcházejících letech znemožnit. Existují náznaky, že některé technické problémy vůbec nemusí mít řešení v rámci v současnosti preferovaných směrů výzkumu (NIF a ITER).

Především reaktorová komora musí v obou případech odolávat extrémním podmínkám. Konstrukce reaktorové komory musí být natolik těsná, aby v podmínkách trvalého energetického provozu udržela hluboké vakuum. Teplota plazmatu přitom dosahuje milionů kelvinů a stěny reaktoru budou navíc bombardovány vysokoenergetickými neutrony. Všechny materiály použité na vnitřní stěnu reaktoru, tedy včetně například optických prostupů v případě NIF, musí těmto podmínkám odolávat. Materiály reaktoru nesmí neutrony absorbovat, protože by se staly radioaktivními. Ze stejného důvodu se neutrony nesmí dostat mimo zařízení.

Důležitější však je, že neutrony jsou potřebné pro produkci paliva do fúzního reaktoru. Přinejmenším u prvních fúzních elektráren se předpokládá využití reakce deuteria a tritia (těžký a supertěžký vodík). Druhý izotop se přitom má získávat z lithia v obálce reaktoru (tzv. blanket). Při fúzní reakci se na každý reagující atom tritia uvolní jeden neutron. Při reakci neutronu s jádrem lithia vzniká jedno jádro helia a jedno jádro tritia. Potud teorie, v praxi totiž výrobu tritia v blanketu nikdo dosud neověřil. A není v plánech experimentů ani u projektu NIF ani u projektu ITER. Tritium je přitom radioaktivní s poločasem rozpadu přibližně 12 let. Pro udržení provozu fúzního reaktoru je proto nutno zajistit, aby v průměru každý fúzní neutron vyprodukoval více než jeden atom tritia.

V nitru hvězd probíhá komplexní reakce, na jejímž počátku je vodík (proton) a na konci helium (alfa částice) a vysokoenergetické fotony. Tato reakce však vyžaduje udržení podstatně vyšší teploty a tlaku po podstatně delší dobu, než reakce deuteria s tritiem. Podmínky v nitru hvězd se však liší i v jiném směru. Energie produkovaná v jednotce objemu hvězdného jádra je zanedbatelná ve srovnání s hustotou energie, kterou je nutno dosáhnout pro konstrukci efektivní fúzní elektrárny.

Ovšem i samotná fúze se potýká se stále novými problémy. Plazma je vždy „poněkud nestabilní“. Čím je teplejší a čím více je stlačeno, tím větší je problém je udržet. Současná experimentální zařízení nabývají obrovských rozměrů, přičemž se předpokládá, že fúzní elektrárna bude ještě větší. Jen vakuová komora NIF má průměr 10 metrů, hala s lasery je přitom velká jako fotbalový stadion. Objem vakuové komory tokamaku ITER bude téměř 1000 m3; fúzní elektrárna postavená na tomto principu by podle současných představ vědců měla mít komoru asi pětkrát větší.

V obou případech se však jedná pouze o „kotel“ elektrárny, ke kterému je nutno přistavět další části – turbíny, generátory, chladicí věže… V principu se stále bude jednat o tepelnou elektrárnu. Ani NIF ani ITER však v současnosti nejsou vybaveny zařízením na zachycení a využití energie uvolněné z jaderné fúze a její přeměnu na elektřinu. Výzkum energetického využití jaderné fúze vedl k celé řadě zajímavých objevů, a jistě ještě k řadě dalších objevů povede. Lze však s vysokou pravděpodobností prohlásit, že minimálně do roku 2050 se jaderná fúze nestane významným zdrojem energie. Dlouhodobý syndrom energetického využití jaderné fúze nazývaný T+20 (již od poloviny minulého století jsou publikovány odhady, že do 20 let by mohla být v prohozu fúzní elektrárna) se změnil na T+30, ale i tomu v současnosti věří málokdo. Ozývají se dokonce hlasy, že některé technické problémy vůbec nemají řešení.

Bronislav Bechník
Czech RE Agency, o. p. s. je nezisková společnost, která propaguje úspory, obnovitelné zdroje energie a trvalou udržitelnost

Vydáno 27. října 2011

vytisknout nahoru

České fotovoltaické průmyslové asociace

EUROPEAN PHOTOVOLTAIC INDUSTRY ASSOCIATION