Laserová fúze

Laserová fúze je nám může dát neomezený zdroj levné energie. Pracuje levněji než elektromagnetické reaktory typu TOKAMAK. Její nové vylepšení přinese další úspory a zrychlí další vývoj.

Princip laserové fúze

Pohled na reaktor TOKAMAK zevnitř
Credit: EFDA-JET

Každá termojaderná fúze je slučování jednoduchých atomů na složitější za současného uvolnění velkého množství energie. Detailně slučování popisovat nebudu, protože mu nerozumím. Laserová fúze využívá slučování atomů deuteria (vodík s jedním neutronem) a tritia (vodík se dvěma neutrony). Zatímco v TOKAMAKovém reaktoru se na teploty miliónů stupňů celsia zahřívá směs atomů (vždy plasma) chycená v magnetickém poli, zde je palivo uvězněno ve zlatém válečku nebo kuličce. Ve válečku je pod velkým tlakem a při teplotě pohybující se v jednotkách kelvinů.

Pro iniciaci reakce se mnoho laserových paprsků o vlnové délce v ultrafialové oblasti zaměří na zlatý váleček. Ten začne produkovat ohromné množství rentgenového záření, a zahřeje tak svůj obsah na milióny stupňů celsia, zejména však vrstvy blízko obalu. Povrchové vrstvy explodují, tím stlačí palivo v nižších vrstvách, které tak dosáhne teploty a tlaku nutného pro zahájení termojaderné fúze. Princip je v podstatě shodný s funkcí klasické vodíkové bomby, kde nejdříve klasická štěpná bomba vyvine dostatečný tlak a teplotu a následně dojde k fúzi malého množství vodíku. Ve vodíkové bombě je vodíku asi stejně jako v nafukovacím balónku. To dává dobrou představu o potenciálu slučování jader.

V čem je nová fúze lepší

Zlatý váleček pro uložení paliva pro laserovou jadernou fúzi
Credit: NIF

Klasická laserová fúze využívá pouze jednoho typu laseru, který je v provozu v obou fázích – jak při stlačování, tak při následném zahřátí. Rychlá laserová fúze používá rozdílné lasery pro obě fáze. Pro stlačení je používán dlouhý puls jednoho laseru o energii 200 kJ a pro ohřátí kratší 70kJ puls druhého laseru. Nepodařilo se mi zjistit, jestli se lasery liší použitou frekvencí záření nebo i jinými vlastnostmi například fokusací ohřívacího laseru přímo na malou plochu v centru válce (kuličky). Každopádně by takové zažehnutí mělo spotřebovat výrazně méně energie, a být tak výrazně levnější.

Současnost vývoje termojaderných reaktorů

Pozornost je dnes zaměřena zejména na mezinárodní projekt ITER o rozpočtu deseti miliard dolarů, který je určen k mírovému energetickému využití. Jeho reaktor se teprve bude stavět ve Francii. V provozu však jsou již centra výzkumu laserové fúze v USA (National Ignition Facility – NIF) a Francii (Laser Mégajoule – LMJ). Bohužel pouze asi 15 % času práce těchto zařízení je využíváno k mírovým účelům. Zbytek jde na vývoj zbraní. Reportáž z jednoho laserově fúzního experimentu jste mohli shlédnout v nedávno vysílaném úvodním dílu (jinak celkově nepovedeného) seriálu BBC o naší sluneční soustavě. Projekt rychlé laserové fúze provizorně nazvaný HiPER, by měl zkoumat možnosti aplikace laserové fúze v energetice, a konkurovat tím vojensky zaměřeným NIF a LMJ i při menším rozpočtu. První úspěšný experiment fúze provedené touto technikou byl proveden již v roce 2001 na Univerzitě v Osace.

Budoucnost energetiky

Budoucnost energetiky v podobě, v jaké ji známe dnes závisí na tom, jak se nám podaří termojadernou fúzi pro mírové účely zvládnout. Veškeré zdroje energie používané v dnešních elektrárnách nejsou obnovitelné. Pokud vím, tak na biomasu zatím elektrárny nepracují. Zdroje paliva pro fúzi máme v podobě podílu těžké vody ve světových oceánech téměř neomezený. Když nezkrotíme jadernou fúzi, tak si budeme muset zvyknout na decentralizované zdroje energie z větru a Slunce, když zkrotíme, tak si zas budeme zvykat na neomezený zdroj levné energie. Obě možnosti jsou až nečekaně optimistické.