Čo znamená prielom v oblasti jadrovej fúzie?
Jadrová fúzia sa považuje za bezpečný, lacný a čistý zdroj takmer neobmedzenej energie, no cesta k nej je problematická.
Portál University of Miami informuje o úspechu výskumníkov, ktorí dosiahli kľúčový míľnik v oblasti jadrovej fúzie. Tá sa už niekoľko dekád pokúša nájsť spôsob ako využiť proces prebiehajúci v jadrách väčšiny hviezd.
Po prvýkrát sa vedcom podarilo z fúzneho procesu získať viac energie, než museli vynaložiť na rozbehnutie reakcie. Tento úspech môže viesť k prvému skutočnému reaktoru, ktorý svetu poskytne čistú a bezpečnú formu energie. Za prelomom stoja vedci z National Ignition Facility, ktorí o svojom experimente prehovorili v nedeľu.
„Jadrová fúzia sa považuje za čistý, lacný a takmer nekonečný zdroj energie a veríme, že má potenciál zmeniť celé ľudstvo. Ovládnuť energiu, ktorá poháňa hviezdy sa však ukázalo byť monumentálnou technologickou výzvou,“ vysvetľuje Giacomo Po, ktorý sledoval prácu kalifornských vedcov.
V posledných rokoch súkromný sektor výrazne investoval do výskumu fúznej energie. Objavilo sa niekoľko startupových spoločností, ktoré prišli s naozaj dobrými nápadmi, ktoré posunuli celý odbor bližšie k realite.
Momentálne sa za najpokročilejší fúzny reaktor považuje Tokamak. Tieto reaktory fungujú na princípe magnetického uväznenia plazmy zloženej z deutéria a trícia. Fúzna reakcia sa odohrá v momente, keď sa tri parametre dostanú do kritického stavu. Tými parametrami sú hustota plazmy, jej teplota a dĺžka uväznenia plazmy v magnetickom poli. Dostať všetky tri parametre do kritického stavu sa považuje za jednu z najväčších výziev, akým museli vedci čeliť. V posledných rokoch sme zároveň zaznamenali aj mnohé pokroky.
Svetový rekord momentálne drží laboratórium JET, ktoré sa nachádza v Spojenom kráľovstve. Vedcom z laboratória sa podarilo udržať kritickú hodnotu potrebných parametrov najdlhšie. O krok bližšie k jadrovej fúzií nás posunie aj francúzsky reaktor ITER (pozn. redakcie: International Thermonuclear Experimental Reactor).
Neprehliadnite
O krôčik bližšie k jadrovej fúzii
Prelom vedcov z National Ingnition Facility je však jedinečný. Ich reaktor nepoužíva magnetické uväznenie plazmy ako Tokamak. Namiesto toho dosahujú fúznu reakciu zaostrením silného laseru na malú palivovú peletu zloženú z deutéria a trícia. Peleta následne imploduje a v jadre vytvorí vhodné podmienky pre jadrovú fúziu.
Počas tohto procesu vedci po prvýkrát v histórii jadrovej fúzie vyrobili viac energie, ako do celého procesu vložili. Ide o výrazný pokrok pre túto metódu fúzie, no vedci stále musia vyriešiť niekoľko technických problémov.
„Vo fúznych reaktoroch je teplota desaťkrát vyššia ako v jadre Slnka. Nič nedokáže vydržať takú teplotu, no trik je v tom, že plazmu v reaktore drží mimoriadne silné magnetické pole. To vytvaruje plazmu do tvaru donuta. Uvoľnené neutróny však nemožno uväzniť v magnetickom poli. Tie postupne unikajú a vrážajú do štrukturálnych materiálov mimoriadne vysokou kinetickou energiou, čo materiál poškodzuje,“ opisuje Po.
Nie je to však niečo, čo by malo vytvárať vrásky na čele. Hoci sa po čase materiál oslabí a poškodí, podobný proces prebieha aj v štiepnych reaktoroch. Všetci sú si toho vedomí, čo je dôvod, prečo sa štiepne reaktory po niekoľkých rokoch vyraďujú z prevádzky. Fúzia je však extrémnejšia forma reakcie ako štiepenie, preto degradácia materiálu predstavuje jeden z najväčších problémov, ktorý musia vedci vyriešiť. Výskumníci sú však presvedčený, že sa im tento problém podarí vyriešiť.
Čo nás čaká ďalej?
Nedávny prielom v jadrovej fúzii sú dobré správy, no ako už bolo spomenuté, odolnosť materiálu je ďalšia bariéra, ktorá stojí na ceste k prakticky neobmedzenej energii. Zároveň sa považuje za najväčšiu výzvu, ktorú na tejto ceste musíme prekonať. Nie je to však len o objavení dostatočne silného materiálu. Vedci musia pochopiť, ako divoké prostredie vo vnútri fúzneho reaktora ovplyvňuje materiál, ktorý sa v tomto prostredí nachádza.
Experimentálne zariadenia, ktoré by dokázali materiál vo fúznom prostredí charakterizovať sa len začínajú objavovať na pomyselnej mape k udržateľnej a funkčnej fúznej energii. Počas tohto procesu sa objavuje niekoľko typov poškodení, ktoré môže materiál utrpieť. Súčasné výskumy sa týmto druhom poškodenia venujú tým, že sa pokúšajú pochopiť zmeny na mikroštrukturálnej úrovni. Zároveň je to odbor, ktorý si musí prejsť ešte niekoľkými krokmi, než prinesie odpovede.
Ľudstvo si k jadrovej fúzií prešlo už dlhú cestu, no ako už bolo spomenuté, ďalším výrazným problémom sú materiály, ktorých sa fúzny proces dotýka. Ak chceme jedného dňa postaviť prakticky funkčné fúzne reaktory, musíme objaviť materiály, ktoré dokážu extrémne podmienky zvládnuť. Aj nedávny prelom ale naznačuje, že ľudstvo sa pomaly, ale isto, blíži k budúcnosti, kedy bude fúzna energia realitou.
Kedy by sme však mohli vidieť prvé funkčné fúzne reaktory ostáva záhadou. Niektorí optimistickejší odborníci naznačujú, že už čoskoro v priebehu nasledujúcich desaťročí.
Komentáre