Posledné správy vedcov, ktorí študujú nový druh technológie fúzie, sú povzbudivé, ale stále sme v určitej vzdialenosti od „svätého grálu čistej energie“.
Táto technológia vyvinutá Heinrichom Horom a kolegami z University of New South Wales využíva silné lasery na fúziu atómov vodíka a bóru, pri ktorých sa uvoľňujú vysokoenergetické častice, ktoré sa dajú použiť na výrobu elektriny.
Rovnako ako v prípade iných typov technológie fúzie však spočíva výzva vo vytvorení stroja, ktorý dokáže spoľahlivo iniciovať reakciu a využívať energiu, ktorú produkuje.
Čo je to fúzna energia?
Fúzia je proces, ktorý poháňa slnko a hviezdy. To sa stane, keď sú jadrá dvoch atómov tak blízko pri sebe, že sa spoja do jedného, čím sa pri tom uvoľní energia.
Ak je možné reakciu replikovať v laboratóriu, môže poskytnúť prakticky neobmedzený výkon základného zaťaženia s prakticky nulovou uhlíkovou stopou.
Najjednoduchšou reakciou, ktorú je možné zahájiť v laboratóriu, je fúzia dvoch rôznych izotopov vodíka: deutéria a trícia. Reakčným produktom je héliový ión a rýchlo sa pohybujúci neutrón. Väčšina doterajších štúdií syntézy sledovala túto reakciu.
Fúzia deutérium-trícium funguje najlepšie okolo 100 000 000 ,000. Plazmatická zadržiavanie je názov, ktorý sa nazýva plameňový stav hmoty pri týchto teplotách.
Vedúci prístup k využitiu síl fúzie sa nazýva toroidné magnetické obmedzenie. Supravodivé cievky sa používajú na vytvorenie asi miliónkrát silnejšieho poľa ako magnetické pole Zeme, ktoré obsahuje plazmu.
Vedci už dosiahli fúziu deutéria a trícia v experimentoch v USA (testovací reaktor na fúziu v Tokamaku) a vo Veľkej Británii (United European Torus). V tomto roku bude v britskom experimente skutočne prebiehať fúzna kampaň deutérium-trícium.
Tieto experimenty iniciujú fúznu reakciu pomocou masívneho vonkajšieho zahrievania a na udržanie reakcie je potrebných viac energie, ako samotná reakcia vyprodukuje.
Ďalšia fáza výskumu veľkých fúzií bude zahŕňať experiment s názvom ITER (latinsky „path“), ktorý sa má postaviť na juhu Francúzska. V projekte ITER bude obmedzené ióny hélia produkované reakciou produkovať toľko energie ako vonkajšie zdroje. Pretože rýchly neutrón nesie štyrikrát viac energie ako héliový ión, výkon sa zvýši päťkrát.
Aký je rozdiel medzi použitím vodíka a bóru?
Táto technológia, ktorú uviedol Hora a jeho kolegovia, spočíva v použití laseru na vytvorenie veľmi silného obmedzujúceho magnetického poľa a druhého lasera na ohrev peliet s vodíkovým palivom na dosiahnutie bodu vzplanutia.
Keď sa jadro vodíka (jeden protón) spojí s jadrom bóru-11, vzniknú tri energetické jadrá hélia. V porovnaní s reakciou deutérium-trícium je výhodou to, že tu nie sú žiadne ťažko obsiahnuteľné neutróny.
Riešením spoločnosti Hora je použitie laseru na ohrev malej palivovej pelety na jeho teplotu vznietenia a iného laseru na ohrev kovových špirál na vytvorenie magnetického poľa, ktoré bude obsahovať plazmu.
Táto technológia využíva veľmi krátke laserové impulzy, ktorých trvanie je iba nanosekundy. Požadované magnetické pole by bolo extrémne silné, asi 1 000-krát silnejšie ako pole použité pri pokusoch s deutériom a tríciom.
Hora a jeho kolegovia tvrdia, že ich proces vytvorí v palivovej pelete „lavínový efekt“, čo znamená, že dôjde k oveľa väčšej fúzii, ako by sa očakávalo.
Aj keď existujú experimentálne dôkazy na podporu mierneho zvýšenia rýchlosti fúznej reakcie úpravou laserového lúča a terča, pre porovnanie s reakciami deutérium-trícium by lavínový efekt musel zvýšiť rýchlosť fúznej reakcie viac ako 100 000-krát pri 100 000 000 ℃.
Pokusy s vodíkom a bórom určite priniesli vzrušujúce fyzikálne výsledky, ale predpovede Hory a kolegov o päťročnej ceste k realizácii termonukleárnej energie sa zdajú predčasné. Iní vedci sa už pokúsili spustiť laserovú fúziu. Napríklad sa pokúsili dosiahnuť vznietenie pomocou fúzie vodík-deutérium pomocou 192 laserových lúčov zameraných na malý cieľ.
Tieto experimenty dosiahli jednu tretinu podmienok potrebných pre jeden experiment. Medzi problémy patrí presné umiestnenie cieľa, nepravidelnosti laserového lúča a nestabilita spôsobená výbuchmi.
Rozvoj termonukleárnej energie bude s najväčšou pravdepodobnosťou realizovaný hlavným medzinárodným programom založeným na experimente ITER. Austrália má medzinárodnú spoluprácu s projektom ITER v oblasti teórie a modelovania, materiálových vied a technológií.
Matthew Hole, vedúci vedecký pracovník, Ústav matematických vied, Austrálska národná univerzita.
Tento článok publikoval The Conversation.
Zdroje: Foto: CCFE / JET
