Inovativní projekty využívající moderní supravodiče brzy umožní řízenou termonukleární fúzi, říkají někteří optimisté. Odborníci však předpokládají, že praktická aplikace bude trvat několik desetiletí.
Proč je to tak těžké?
Energie z jaderné syntézy je považována za potenciální zdroj energie pro budoucnost. Toto je čistá energie atomu. Ale co to je a proč je tak těžké toho dosáhnout? Nejprve musíme pochopit rozdíl mezi klasickým jaderným štěpením a termonukleární fúzí.
K štěpení atomu dochází, když jsou radioaktivní izotopy - uran nebo plutonium - štěpeny a přeměněny na jiné vysoce radioaktivní izotopy, které pak musí být pohřbeny nebo recyklovány.
Fúzní reakce spočívá ve skutečnosti, že se dva izotopy vodíku – deuterium a tritium – sloučí do jediného celku za vzniku netoxického hélia a jediného neutronu, aniž by produkoval radioaktivní odpad.
Problém s ovládáním
Reakce na tose vyskytují na Slunci nebo ve vodíkové bombě – jedná se o termonukleární fúzi a inženýři stojí před nelehkým úkolem – jak řídit tento proces v elektrárně?
Na tom vědci pracují už od 60. let. Další experimentální fúzní reaktor s názvem Wendelstein 7-X zahájil provoz v severoněmeckém městě Greifswald. Zatím není navržen tak, aby vytvářel reakci - je to jen speciální design, který se testuje (stelarátor místo tokamaku).
Vysokoenergetická plazma
Všechna termonukleární zařízení mají společný znak – prstencový tvar. Je založen na myšlence použití výkonných elektromagnetů k vytvoření silného elektromagnetického pole ve tvaru torusu - nafouknuté cyklistické duše.
Toto elektromagnetické pole musí být tak husté, že když se zahřeje v mikrovlnné troubě na jeden milion stupňů Celsia, musí se v samém středu prstence objevit plazma. Poté se zapálí, aby mohla začít fúze.
Ukázka možností
V Evropě právě probíhají dva takové experimenty. Jedním z nich je Wendelstein 7-X, který nedávno vytvořil své první heliové plazma. Druhým je ITER, obrovské experimentální fúzní zařízení v jižní Francii, které je stále ve výstavbě a bude připraveno ke spuštění v roce 2023.
Předpokládá se, že skutečné jaderné reakce v ITERu proběhnou, avšak pouze vna krátkou dobu a rozhodně ne déle než 60 minut. Tento reaktor je jen jedním z mnoha kroků k tomu, aby se jaderná fúze stala realitou.
Fúzní reaktor: menší a výkonnější
V poslední době několik konstruktérů oznámilo nový design reaktoru. Podle skupiny studentů z Massachusettského technologického institutu a také zástupců zbrojařské společnosti Lockheed Martin lze fúzi provést v zařízeních, která jsou mnohem výkonnější a menší než ITER, a jsou připraveni to udělat do deseti let.
Myšlenkou nového designu je použití moderních vysokoteplotních supravodičů v elektromagnetech, které vykazují své vlastnosti při chlazení kapalným dusíkem, spíše než konvenčních, které vyžadují kapalné helium. Nová, flexibilnější technologie umožní kompletní přepracování reaktoru.
Klaus Hesch, který má na starosti technologii jaderné fúze na Karlsruhe Institute of Technology v jihozápadním Německu, je skeptický. Podporuje použití nových vysokoteplotních supravodičů pro nové konstrukce reaktorů. Vyvinout něco na počítači s přihlédnutím k fyzikálním zákonům ale podle něj nestačí. Je nutné vzít v úvahu výzvy, které se objevují při uvádění nápadu do praxe.
Sci-fi
Podle Heshe model studenta MIT ukazuje pouze možnost projektu. Ale ve skutečnosti je to hodně sci-fi. Projektnaznačuje, že vážné technické problémy fúze byly vyřešeny. Ale moderní věda nemá ponětí, jak je vyřešit.
Jedním z takových problémů je myšlenka skládacích cívek. Elektromagnety lze demontovat, aby se dostaly dovnitř prstence, který drží plazmu v designovém modelu MIT.
To by bylo velmi užitečné, protože by bylo možné získat přístup k objektům v interním systému a nahradit je. Ale ve skutečnosti jsou supravodiče vyrobeny z keramického materiálu. Stovky z nich musí být sofistikovaným způsobem propleteny, aby vytvořily správné magnetické pole. A zde jsou zásadnější potíže: spoje mezi nimi nejsou tak jednoduché jako spoje měděných kabelů. Nikdo ještě ani nepomyslel na koncepty, které by pomohly takové problémy vyřešit.
Příliš horké
Problémem je také vysoká teplota. V jádru fúzního plazmatu dosáhne teplota asi 150 milionů stupňů Celsia. Toto extrémní teplo zůstává na místě - přímo ve středu ionizovaného plynu. Ale i kolem něj je stále velmi horko - od 500 do 700 stupňů v zóně reaktoru, což je vnitřní vrstva kovové trubky, ve které se bude "reprodukovat" tritium nezbytné pro jadernou fúzi
Fúzní reaktor má ještě větší problém – takzvané uvolnění energie. Jedná se o část systému, která přijímá použité palivo, zejména helium, z procesu fúze. za prvékovové součástky, do kterých horký plyn vstupuje, se nazývají "divertory". Může se zahřát až na 2000 °C.
Problém s přesměrovačem
Aby továrna vydržela tyto teploty, inženýři se snaží použít kovový wolfram používaný ve staromódních žárovkách. Teplota tání wolframu je asi 3000 stupňů. Existují však i další omezení.
V ITERu to lze provést, protože k zahřívání v něm nedochází neustále. Předpokládá se, že reaktor bude v provozu pouze 1-3 % času. Ale to není volba pro elektrárnu, která potřebuje běžet 24/7. A pokud někdo tvrdí, že je schopen postavit menší reaktor se stejným výkonem jako ITER, lze s jistotou říci, že nemá řešení problému divertoru.
Elektrárna za několik desetiletí
Vědci jsou nicméně ohledně vývoje termonukleárních reaktorů optimističtí, nicméně nebude tak rychlý, jak někteří nadšenci předpovídají.
ITER by měl ukázat, že řízená fúze může skutečně produkovat více energie, než by bylo vynaloženo na ohřev plazmatu. Dalším krokem je vybudování zcela nové hybridní demonstrační elektrárny, která skutečně vyrábí elektřinu.
Inženýři již pracují na jeho návrhu. Budou se muset poučit z ITER, jehož spuštění je naplánováno na rok 2023. S ohledem na čas potřebný pro návrh, plánování a výstavbu se zdá,je nepravděpodobné, že by první fúzní elektrárna byla spuštěna mnohem dříve než v polovině 21. století.
Rossi Cold Fusion
V roce 2014 nezávislý test reaktoru E-Cat dospěl k závěru, že zařízení vyprodukovalo průměrně 2 800 wattů výstupního výkonu za 32denní období se spotřebou 900 wattů. To je víc, než je schopna izolovat jakákoli chemická reakce. Výsledek hovoří buď o průlomu v termonukleární fúzi, nebo o přímém podvodu. Zpráva zklamala skeptiky, kteří pochybují, zda byl test skutečně nezávislý, a navrhují možné falšování výsledků testu. Jiní byli zaneprázdněni hledáním „tajných přísad“, které umožňují Rossiho fúzi replikovat technologii.
Rossi je podvodník?
Andrea je impozantní. V sekci komentářů na svém webu, předstíraně nazývaném Journal of Nuclear Physics, publikuje proklamace do světa v unikátní angličtině. Ale jeho předchozí neúspěšné pokusy zahrnovaly italský projekt odpadu na palivo a termoelektrický generátor. Petroldragon, projekt přeměny odpadu na energii, selhal částečně proto, že nelegální skládky odpadu kontroluje italský organizovaný zločin, který na něj podal trestní oznámení za porušení předpisů o nakládání s odpady. Vytvořil také termoelektrické zařízení pro US Army Corps of Engineers, ale během testování vyrobil gadget pouze zlomek deklarovaného výkonu.
Mnozí Rossimu nevěří a šéfredaktor New Energy Times ho bez obalu nazval zločincem, který má za sebou řadu neúspěšných energetických projektů.
Nezávislé ověření
Rossi podepsal smlouvu s americkou společností Industrial Heat na provedení ročního tajného testu elektrárny na studenou fúzi o výkonu 1 MW. Tím zařízením byl přepravní kontejner plný desítek E-koček. Experiment musel být řízen třetí stranou, která mohla potvrdit, že k vytváření tepla skutečně dochází. Rossi tvrdí, že většinu minulého roku strávil prakticky žitím v kontejneru a dohlížel na operace více než 16 hodin denně, aby prokázal komerční životaschopnost E-Cat.
Test skončil v březnu. Rossiho příznivci netrpělivě očekávali zprávu pozorovatelů a doufali, že jejich hrdina bude zproštěn viny. Ale nakonec dostali žalobu.
Soudní spory
V podání k soudu na Floridě Rossi tvrdí, že test byl úspěšný a nezávislý arbitr potvrdil, že reaktor E-Cat vyrábí šestkrát více energie, než spotřebuje. Tvrdil také, že Industrial Heat souhlasil s tím, že mu zaplatí 100 milionů dolarů – 11,5 milionů dolarů předem po 24hodinovém zkušebním období (zdánlivě za licenční práva, aby společnost mohla prodávat technologii v USA) a dalších 89 milionů dolarů po úspěšném dokončení prodloužené zkušební doba do 350 dnů. Rossi obvinil IH z provozování „podvodného plánu“jehož účelem bylo ukrást jeho duševní vlastnictví. Společnost také obvinil ze zpronevěry reaktorů E-Cat, nezákonného kopírování inovativních technologií a produktů, funkčnosti a designu a ze zneužívání patentu na jeho duševní vlastnictví.
Mine of Gold
Jinde Rossi tvrdí, že při jedné z jeho demonstrací IH obdržel 50–60 milionů dolarů od investorů a dalších 200 milionů dolarů z Číny po přehrání, které zahrnovalo nejvyšší čínské představitele. Pokud je to pravda, pak je v sázce mnohem více než sto milionů dolarů. Industrial Heat tato tvrzení odmítla jako nepodložená a bude se aktivně bránit. Ještě důležitější je, že tvrdí, že „přes tři roky pracovala na potvrzení výsledků, kterých Rossi údajně dosáhl se svou technologií E-Cat, ale bez úspěchu.“
IH nevěří v E-Cat a New Energy Times nevidí důvod o tom pochybovat. V červnu 2011 navštívil zástupce publikace Itálii, vyzpovídal Rossiho a natočil ukázku jeho E-Cat. O den později oznámil své vážné obavy ohledně způsobu měření tepelného výkonu. Po 6 dnech zveřejnil novinář své video na YouTube. Odborníci z celého světa mu zaslali rozbory, které vyšly v červenci. Bylo jasné, že to byl podvod.
Experimentální potvrzení
Několik výzkumníků – Alexander Parkhomov z Ruské univerzity přátelství národů a projektu Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) –podařilo reprodukovat studenou termonukleární fúzi Ruska. Zpráva MFPM byla nazvána „Konec uhlíkové éry se blíží“. Důvodem k takovému obdivu byl objev výbuchu gama záření, který nelze vysvětlit jinak než termonukleární reakcí. Podle výzkumníků má Rossi přesně to, co říká.
Životaschopný otevřený recept na studenou fúzi by mohl vyvolat energetickou zlatou horečku. Mohou být nalezeny alternativní metody, jak obejít Rossiho patenty a udržet ho mimo multimiliardový energetický byznys.
Takže možná by se Rossi raději tomuto potvrzení vyhnul.
