Rozstřel
Sledovat další díly na iDNES.tv„Už jsme zažili průmyslovou revoluci, která využívala znalosti termodynamiky. Následně přišla digitální revoluce, tedy revoluce počítačů, která využívá kvantovou mechaniku a Maxwellovy rovnice. A teď nás čeká energetická revoluce, která bude využívat fyziku,“ řekl v Rozstřelu Milan Holec.
„Co totiž v tuto chvíli potřebujeme? Decentralizovaný zdroj elektřiny pro lidstvo. Který je navíc čistý a bezpečný. A to fúzní energetika splňuje, protože palivo máme zhruba na dvě miliardy let pro celé lidstvo. Potřebujeme k tomu pouze vodu, které je v oceánech dost,“ pokračuje fyzik.
„Nemusí se kvůli tomu vést boje o zdroje. Nezáleží na tom, zda máte, nebo nemáte minerály na svém území. Je to skutečně dostupná technologie pro každého,“ doplňuje Holec.
Bez rizika výbuchu
Navíc má podle Holce jaderná fúze jednu obrovskou výhodu. „Není tam totiž žádné riziko výbuchu jako v případě jaderných elektráren. Palivo tam pouze vložíme a ono shoří, nedojde tam k žádné řetězové reakci, která by se mohla vymknout kontrole.“
Fúze navíc neprodukuje žádný škodlivý odpad. Vzniká pouze helium, tedy vzácný plyn, což nepředstavuje pro přírodu žádné riziko. Tento druh výroby energie tak může představovat naději pro šetrnou produkci energie.
„Teď už záleží pouze na investorech, kdy toto pomyslné bilionové odvětví uchopí a zafinancují. A pak skutečně může dojít k opravdu radikálnímu energetickému pokroku. A já věřím, že se to stane,“ míní fyzik.
Vizualizace jaderné fúze
A mohlo by se této výroby energie lidstvo v dohledné době dočkat? Podle Milana Holce určitě ano. „Až doteď se říkal vtip, že za třicet let to budeme mít. Ale bylo to v podstatě nekonečných třicet let. Nyní si však myslím, že už je na čase začít stříhat metr.“
„Z hlediska fyzikálního procesu už budeme do pěti let rozumět hořícímu plazmatu z hlediska reaktorů, což znamená, že jsme v optimistické variantě do patnácti let schopni fyzikální reakci přizpůsobit průmyslovým podmínkám,“ uvažuje fyzik.
„Ale cílem je samozřejmě mít vytvořenou elektrárnu, která by vygenerovala elektřinu pro společnost. Když to půjde dobře, tak ve čtyřicátých letech bychom mohli mít první zapojení do sítě. No a v šedesátých letech si dokážu představit, že budeme mít funkční decentralizovanou fúzní energetiku,“ myslí si Milan Holec.
Popření zákonů fyziky?
A jak jaderná fúze funguje? Na první pohled může podle fyzika působit jako proces, který popírá fyzikální zákony. „Máte pravdu. Vypadá to, že porušujeme zákon zachování energie. Ale je třeba zahrnout do celého fyzikálního procesu mikroskopické vlastnosti. My jsme schopni získat energii, která je uložená v jádru a kterou normálně nevidíme, protože jde o miniaturní rozdíl.“
„Tuto energii umíme získat z jádra ven a ve finále ji poté zachytit v reaktoru. My samozřejmě nemůžeme porušit druhý zákon termodynamiky, takže nestvoříme perpetuum mobile. Ale tímto procesem se nám nabízí energie, která je tak strašně levná, že je v podstatě nevyčerpatelná,“ objasňuje fyzik.
V prosinci tak v americkém centru NIF (National Ignition Facility, tedy v Národním zážehovém zařízení) došlo k tomu, že se vědcům podařilo prostřednictvím téměř dvou stovek laserů nastartovat v několikacentimetrovém hohlraumu (válec, v němž je umístěna malá kulička s vodíkovým palivem) reakci, během které se slučovala vodíková jádra na helium. Během této reakce se uvolnilo 3,15 megajoulu energie, což je zhruba o polovinu víc, než kolik spotřebovaly lasery.
National Ignition Facility v Lawrence Livermore National Laboratory, rok 2018
Jedná se de facto o stejnou reakci, která pohání Slunce. „Na začátku dvacátého století si Einstein jako první uvědomil, že energie je významnější charakteristika než hmota. Řekl, že když máme hmotný předmět, jsme schopni říct, kolik energie se v něm skrývá. V tomto případě jde skutečně o sloučení dvou jader vodíku, kde můžeme změřit hmotnost obou z nich.“
„A když se jádra spojí,“ pokračuje Milan Holec, „tak z toho získáme helium a neutron. Pointa je v tom, že když zvážíme helium a neutron, tak najednou váží o trošku méně než jádra vodíku. A když se vrátíme k Einsteinovi, tedy k jeho rovnici E=mc2, tak protože se změnila hmotnost, znamená to, že se musela vygenerovat energie, která se jakoby někam ztratila. Ale reálně, kdyby člověk viděl tu reakci zblízka, tak je helium vypálené obrovskou rychlostí z místa reakce, protože si odnáší energii z přebytku, která se přeměnila z hmoty vodíku.“
Jasnější než Slunce
„Je pravda, že rychlost helia je veliká, takže je to extrémní podmínka. Ale je to mikrosvět. A když se na to podíváme z lidské perspektivy, je to jenom horký plyn, plazma, samozřejmě velice horké plazma. Tudíž jediné, co musíme udělat, je plazma zinteragovat zvenku a odvádět teplo,“ říká Milan Holec s tím, že to lze udělat například přes parní turbínu.
„Ale protože pracujeme s plazmatem, máme nabité částice. A tam se dá využít efektivnější proces přes Maxwellovy rovnice, přes magnetické pole. To je otázka budoucnosti, velice nový koncept, ale je to věc, která se zkoumá,“ uvádí fyzik.
Zařízení, kde experiment probíhá, je velké jako tři fotbalové stadiony. Ale k samotné jaderné fúzi dochází ve zmiňované malé kuličce. Ta je naplněná směsí deuteria a tricia. Jádro deuteria tvoří jeden proton a jeden neutron a jádro tricia jeden proton se dvěma neutrony. Sto devadesát dva laserů zacílí na kuličku a zahřeje její obsah zhruba na sto milionů stupňů.
„Vytvořili jsme tím absolutně unikátní podmínky. Stvořili jsme pomyslné ‚Slunce‘. Navíc to, které se nám v Kalifornii podařilo vytvořit, bylo mnohem jasnější, teplejší než naše Slunce. Akorát jeho doba života byla mnohem kratší,“ vzpomíná Milan Holec.
A kde byl během pokusu on sám? „Ten pomyslný laserový výstřel se odehrál v jednu hodinu ráno, takže devadesát devět procent pracovníků laboratoře spalo. A když začaly chodit zprávy o předpokládaných výsledcích, tedy kolik z toho vylétlo neutronů, tak to bylo velice emotivní. A já sám jsem byl na východním pobřeží v Princetonu, kousek od New Yorku.“
V Rozstřelu pak Milan Holec popsal podrobně samotnou fúzní reakci, plazma, které je při experimentu potřebné, a také to, jak bude výzkum pokračovat. „Nemohu prozradit, kdy bude další výstřel, ale naznačím, že v létě nás čeká významný milník,“ slíbil český fyzik.
