Co znamená úspěch v oblasti jaderné fúze v USA pro Evropu?

11. 1. 2023

čas čtení 7 minut
 
Americká laboratoř dosáhla "zážehu" prostřednictvím technologie, kterou Evropa opomíjí. Italští odborníci na jadernou fúzi diskutují o tom, zda není čas na jinou strategii


Dne 5. prosince v zařízení National Ignition Facility v Livermore v USA dopadlo 192 laserových paprsků na malou kapsli naplněnou deuteriem a tritiem umístěnou ve zlatém válci a způsobilo to, čemu fyzikové říkají "vznícení". Poprvé se tak stalo, že množství energie vzniklé při řízené jaderné fúzní reakci bylo větší než energie, kterou přenesly lasery použité k její iniciaci. Terč absorboval 2,05 megajoulů energie a na oplátku vyzářil 3,15 megajoulů, což představuje 54% nárůst energie.

Proč na tom záleží?

 

Potenciál využití tohoto experimentálního schématu, kterému se říká inerciální fúze, k výrobě čisté energie je vzdálen ještě desítky let. Ve skutečnosti, aby laserový systém vyzářil 2,05 megajoulů na cíl, pohltil téměř 322 megajoulů elektrické energie ze sítě.

Přesto je výsledek pro vědce velkou novinkou. "Připravovalo se to deset let," říká Stefano Atzeni, odborník na inerciální fúzi z římské univerzity Sapienza. "NIF měl dosáhnout zážehu několik let po svém spuštění v roce 2009, ale první kolo experimentů přineslo jen několik kilojoulů."

NIF nebyl původně postaven za účelem výroby energie, ale za účelem udržování zásob termonukleárních zbraní v USA a nabízel alternativní způsob jejich testování poté, co byly v roce 1996 zakázány podzemní jaderné testy. Nejnovější výsledky však rozšířily jeho poslání z národní bezpečnosti na energetické programy, neboť inerciální metoda byla zahrnuta do desetiletého plánu komerční fúzní energetiky, který v březnu představil Bílý dům.

Dosud se o výrobu energie z jaderné fúze pokoušel především jiný přístup, nazývaný magnetické udržení (magnetic confinement). V nejprozkoumanější konfiguraci je deuterium-tritiové plazma udržováno při vysokých teplotách ve velkých komorách ve tvaru koblihy, tzv. tokamaku, díky přesně vyladěným magnetickým polím. To je myšlenka projektu ITER, který se staví na jihu Francie a který financuje Evropská unie a šest zemí včetně USA. ITER by měl zahájit provoz v roce 2025 a plánuje dosáhnout zážehu v roce 2035.

Kdo provádí výzkum jaderné fúze v Itálii?

Magnetické udržení je i v Itálii nejstudovanějším přístupem. Od 70. let 20. století Národní agentura pro nové technologie, energetiku a udržitelný rozvoj (ENEA) vybudovala a provozovala tokamak ve Frascati, který byl poté modernizován a nakonec v roce 2019 odstaven. Nyní ENEA vede projekt DTT, kompaktní tokamak ve výstavbě, který má testovat systémy výfukových plynů, jež bude vyžadovat DEMO, nástupce ITER a první experimentální fúzní elektrárna.

V roce 2020 se k DTT připojila energetická společnost ENI (kontrolovaná italskou vládou), která financuje téměř 25 % jeho provozních nákladů. ENI se podílí také na dalším experimentu magnetického udržení nazvaném SPARC, což je spin-off MIT, který buduje tokamak využívající vysokoteplotní supravodivé magnety. Další tokamak, který využívá jinou konfiguraci magnetického pole, se nachází v Padově v laboratořích konsorcia RFX, které spolufinancují Národní rada pro výzkum, ENEA, INFN, Università di Padova a Acciaierie Venete.

ENEA rovněž provozuje experiment inerciální fúze ve Frascati. Je mnohem menší než NIF, skládá se ze dvou laserových paprsků, každý o energii 100 joulů, a zkoumá jiný přístup k inerciální fúzi, tzv. přímý pohon. Zde je palivová kapsle zasažena přímo laserovými paprsky, nikoliv rentgenovým zářením vycházejícím z vnitřních stěn zlaté dutiny, jako je tomu v NIF. Vzhledem k tomu, že se při této přeměně ztrácí velké množství energie, je přístup přímého pohonu pro inerciální fúzní reaktory nejslibnější. V laboratoři CNR pro intenzivní laserové záření (ILIL) v Pise studuje ředitel Leonida Gizzi se svými spolupracovníky také aspekty interakce laseru a plazmatu, které mohou pomoci při vývoji inerciální fúze s přímým pohonem.

"Výsledek NIF je dobrou zprávou pro celou komunitu zabývající se výzkumem jaderné fúze," říká Marco Ciotti, ředitel plazmové divize v ENEA. "Urychlí to řešení problémů společných pro oba [magnetické i inerciální] přístupy, například výzkum materiálů schopných odolat intenzivnímu toku vysokoenergetických neutronů vznikajících při fúzi."

Co se změní pro výzkum fúze v Evropě?

Největším světovým zařízením pro studium inerciální fúze s přímým pohonem je Laboratoř pro laserovou energetiku na Rochesterské univerzitě v USA, která disponuje laserem schopným dodat až 60 kilojoulů energie rozdělené do 60 paprsků. V Evropě navrhli vědci zabývající se inerciální fúzí výstavbu podobného zařízení s názvem HiPER. V roce 2008 byl dokončen předběžný návrh, ale z projektu sešlo.

EURATOM a EUROfusion (dva programy, které financují výzkum jaderné syntézy v Evropě) věnovaly velkou část svých investic a koordinačního úsilí magnetickému udržení.

"Soustředění finančních prostředků na jediný projekt bylo nezbytné, abychom co nejdříve prokázali, že výroba energie z jaderné fúze je proveditelná," říká Luca Zabeo, vědecký pracovník vědeckého oddělení ITER. "Největší šanci na úspěch nabízelo magnetické udržení."

Zabeo se domnívá, že "výsledek NIF je nesmírně důležitý, ale spíše z vědeckého [než z aplikačního] hlediska". Říká, že "nikdy nebylo dosaženo zážehu ve schématu přímého pohonu, které je pro inerciální fúzní reaktor nejslibnější". Dosažení symetrické komprese je mnohem větší výzvou, když se palivová kapsle zasahuje přímo, a symetrie je pro dosažení vznícení klíčová, protože minimalizuje nestability, které brání fúzním reakcím.

Podle Atzeniho je postoj Evropy k inerciální fúzi krátkozraký. "Od srpna 2021 se v USA věci mění i se zapojením soukromého sektoru," říká. "Pokusili jsme se obnovit dialog s EURATOMem a EUROfusion1, ale bez výsledku. Jsou příliš vázáni na ITER a říkají, že nemají peníze na investice jinde."

Zástupci EUROfusion tvrdí, že jejím hlavním posláním je pokračovat v magnetickém udržení a že stále podporuje některé výzkumy inerciální fúze prostřednictvím dalších programů financování. "Komunita zabývající se výzkumem inerciální fúze by měla hledat možnosti financování u Evropské komise," říká Tony Donné, vedoucí programu EUROfusion. "Chtěl bych je povzbudit, aby se zamysleli nad tím, jak by inerciální fúzní reaktor vypadal, a začali od toho, aby pochopili, jaké jsou další kroky."

Gizzi se domnívá, že výstavba zařízení pro inerciální fúzi v Evropě by posunula evropský výzkum v několika oblastech mimo fúzi, jako jsou výkonné lasery a interakce laseru a plazmatu2. "Výzkum inerciální fúze byl dlouho považován pouze za vojenský výzkum," říká, "a to omezovalo ochotu evropských agentur pro jadernou energii se mu věnovat, ale tato vize je nyní zastaralá a je čas pokročit dál."

Zdroj v angličtině ZDE

0
Vytisknout
5292

Diskuse

Obsah vydání | 13. 1. 2023