Hlad po energii uspokojí jaderná fúze

V roce 1957 se v odborném časopise Proseeding of Physical Society objevil článek "Některá kritéria pro ziskový termonukleární reaktor" a v něm jednoduchá nerovnost, obsahující pro danou teplotu jen dvě proměnné - hustotu plazmatu a dobu udržení energie plazmatu.

Od té doby se po autorovi článku, anglickém vědci J. D. Lawsonovi, nazývá Lawsonovo kritérium. Dodnes jej skloňují fyzici zabývající se termojadernou fúzí ve všech pádech. Věřte, že naši vnuci ji budou znát tak dobře/špatně jako Pythagorovu větu nebo Ohmův zákon. Termojaderná fúze je totiž v současné době jedinou možností, jak uspokojit vzrůstající energetický hlad lidské společnosti.

Čtyři vzorečky

Pan Lawson článek snad psal cestou tramvají z laboratoře v Harwellu domů. Žádné sáhodlouhé výpočty, záplava sofistikovaných grafů - jen čtyři vzorečky a výsledek vpravdě geniální. Kritérium totiž říká: chceme-li mít z termojaderné fúze, tedy ze slučování atomových jader, nějaký užitek, třeba ve formě elektrické energie, nestačí jádra zahřát na zápalnou (slučovací) teplotu, ale je třeba plazma určité hustoty zachovat po jistou dobu (plazma je v tomto případě hmota o teplotě stovky milionů stupňů). přesněji: součin hustoty plazmatu a doby udržení jeho energie musí být větší než jistá konstanta. Stejně velkého součinu dosáhneme s malou hustotou a velkou dobou udržení energie, nebo opačně. J. D. Lawson tak naznačil dva způsoby, jak dosáhnout komerčního využití termojaderné energie. Vedle řady zjednodušení předpokládal 33% účinnost návratu energie unikající z termojaderného reaktoru, ať už ve formě záření či rychle se pohybujících jader.

Reakce s nejmenší zápalnou teplotou slučuje jádra izotopů vodíku deuteria a tritia (mají v jádře kromě protonu ještě neutrony, deuterium jeden a tritium dva). Obě cesty vědci zkoumají od samého počátku výzkumu fúze před 50 lety. Představitelem první cesty, v současné době úspěšnější, je experimentální zařízení tokamak (TOroidálnaja KAmera i MAgnitnyje Katušky) a reprezentantem druhé je laserová fúze. V tokamaku se relativně řídké plazma drží "dlouhou" dobu pohromadě magnetickým polem a při laserové fúzi se snaží výzkumníci laserovými paprsky nebo svazky částic zahřát terčík paliva na zápalnou teplotu dříve, než se stačí rozletět.

Zkušební reaktor

Největší a nejúspěšnější tokamak na světě JET (Joint European Torus) provozuje Evropská unie v anglickém Culhamu a zhruba dvakrát větší mezinárodní tokamak ITER, předstupeň reaktoru elektrárny, je připraven ke stavbě. Jeden z prvních tokamaků na světě funguje v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR pod názvem CASTOR.) Základní vztah termojaderné fúze má zajímavou historii. Lawsonův dokument s odvozením nerovnosti nese datum 1955, ale k publikaci - odtajnění - došlo až o dva roky později, 9. dubna 1957. Až po zveřejnění obdobného vztahu velikánem termojaderné fúze L. A. Arcimovičem, který na sympoziu v roce 1956 ve Stockholmu hovořil prakticky o tomtéž kritériu pro fúzní reakci deuteria s deuteriem. Ač bývá mezi vědci zvykem prioritu objevu přiznat tomu, kdo první svoje poznatky publikuje, vědecký svět uznal nestandardní situaci železné opony a nerovnost místo L. A. Arcimoviče nese jméno J. D. Lawsona.