Může „mina“, ve které udeří stovky pístů naráz, vyrábět elektřinu?

aktualizováno 
Společnost General Fusion chce vyvinout a prodávat zcela nový zdroj elektřiny. Plánuje k tomu využít velmi nezvyklý koncept „pístového“ fúzního reaktoru. Pojďme se podívat, jak tento netradiční reaktor funguje.

Fúzní zařízení společnosti General Fusion | foto: General Fusion

Nedávno jsme psali o nezvyklé „sázce“ ropné společnosti ENI, která vložila 50 milionů eur do zatím v praxi nevyzkoušeného konceptů fúzního reaktoru a časem i fúzní elektrárny.

V tehdejší zprávě však jasně nezaznělo, že nejde o jedinou investici do fúzních elektráren, která se v posledních letech objevila. Ve vyspělých zemích jsou podle některých odhadů zhruba dvě desítky menších či větších společností, které hledají investory. Mají více či méně neotřelé nápady, z nichž většina existuje jen na papíře. Najdou se však i výjimky.

Jednou z nich je společnost General Fusion, do kterého vložil mimo jiné peníze i přímý konkurent ENI, kanadská ropná společnost Cenovus. Šlo o řádově miliony dolarů, ale Cenovus zase není zdaleka jediný investor, kterého vize firmy zaujala. Peníze do projektu vložila poměrně nesourodá řádka investorů od malajsijského státního investičního fondu Khazanah Nasional Berhad po majitele Amazonu Jeffa Bezose. Celkem společnost sesbírala zhruba 80 milionů dolarů.

Jak dostat jádra k sobě

Princip jaderné fúze není vůbec složitý: v reaktoru dochází k syntéze dvou atomů do jednoho atomu těžšího. Může se jednat o různé atomy, v současných plánech fúzních reaktorů se počítá se spojováním jader izotopů vodíku deuteria (2H) a tritia (3H), které „fúzují“ podstatně ochotněji než například jádra běžného vodíku. V každém případě při DT fúzi vznikne jeden neutron s energií 14,1 MeV a jedno jádro helia s menší energií cca 3,5 MeV. Při tom se uvolňuje energie, často v podobě neutronů urychlených na vysoké energie, které je v principu možné energeticky využít k výrobě tepla a elektřiny. V praxi jde o velmi složitý problém, protože slučování jader je analogií řečeno podobná práce jako snaha přiblížit dva magnety stejnými póly k sobě. 

Na Slunci šanci zvyšuje kombinace ohromného tlaku (fúze probíhá v jeho středu, ne u povrchu) a vysokých teplot. Na Zemi podobné tlaky nevytvoříme, a tak jdeme cestou zvyšování teploty: v největším fúzním projektu současnosti, tokamaku ITER, by teplota plazmatu měla dosahovat až 150 milionů stupňů. Většina fyziků dnes odhaduje, že energeticky ziskový fúzní reaktor musí být velký, s plazmovou komorou o rozměrech řádově desítek metrů. Plazma musí být jednoduše řečeno tak veliké, aby částice paliva (tedy jádra izotopů vodíku) v reaktivní oblasti pobyly dostatečně dlouho. V menších zařízeních jich příliš mnoho utíká ven. Zvenčí je sice můžeme doplňovat, ale ty se musí znovu ohřát, a to pak stojí více energie, než kolik uvolňuje fúze.

V prosinci loňského roku společnost oznámila, že její fúzní zařízení za sebou má „první plazma“, tedy první spuštění. Zástupci firmy tvrdí, že do pěti let chtějí postavit větší zařízení, které by bylo na dobré cestě k demonstrační elektrárně. Termíny je nutné brát s rezervou, na to už jsme v souvislosti s „revolučními nápady“ kolem jaderné fúze zvyklí. Ale General Fusion patří mezi dnešními fúzními projekty k těm nejlépe propracovaným i financovaným a evidentně se mu podařilo oslovit zajímavé portfolio investorů. V čem je jeho kouzlo?

Od krize středního věku k fúzi

U zrodu firmy přitom lze najít sen, který si ke svým 40. narozeninám v roce 2001 nadělil kanadský plazmový fyzik Michel Laberge. Ten po studiích pracoval ve společnosti věnující se laserovém tisku a zpracování obrazu, práce ho ovšem příliš nebavila. Rozhodl se dát výpověď a pustil se do větších a zajímavějších projektů. A vybral si rovnou jeden z největších – otázku budoucnosti energetiky.

Laberge vycházel z všeobecně přijímaného předpokladu, že výzkum jaderné fúze je výrazně podfinancovaný. Existuje celá řada slibných přístupů, ale prakticky veškeré peníze se soustředí na vývoj tokamaků. Kanadský vědec se rozhodl oživit směr jiný, se kterým se – nakonec samozřejmě neúspěšně – experimentovalo v 70. letech minulého století ve výzkumných laboratořích amerického námořnictva. Přístup se nazývá „fúze zmagnetovaného terčíku“ (Magnet Target Fusion) a na první pohled je snad ještě neuvěřitelnější než magnetická „pneumatika“ tokamaku s plazmatem o teplotách přes sto milionů stupňů.

Jak v roce 1976 plánovali financování jaderné fúze vs. jaký byl skutečný...

Kolik peněz jde na výzkum jaderné fúze? Podstatně méně, než by bylo zapotřebí, odhadují sami fyzici. Tento graf zachycuje odhad „dotažení“ tohoto dnes již spíše konstrukčního, než fyzikálního problému do fáze, kdy bylo možné uvažovat o nasazení v praxi v závislosti na množství prostředků. V tomto případě jde pouze o prostředky ze státního rozpočtu USA, ale výzkum je mezinárodní, takže situace ve skutečnosti situace není tak špatná - ale evidentně není o mnoho lepší, když reálně řečeno je fúze ještě desítky let od skutečného nasazení.

Zařízení vypadá také zcela jinak, na pohled připomíná obří ježatou námořní minu. Výčnělky ovšem neobsahují roznětky, ale jde o konce pístů, které míří všechny do středu zařízení. V něm je velká rotující komora, která se točí kolem svislé osy a v „běhu“ obsahuje směs tekutého lithia a olova. Koule není kovu zcela plná a při rotaci se tak v ose rotace vytvoří vír. Do středu víru se pak trubicí vstříkne předem připravená směs horkého nabitého plazmatu. Tento tzv. plazmoid si můžete nepřesně, ale ilustrativně, představit jako malý kulový blesk (anebo jako projektil z blasterů používaných hrdiny Hvězdných válek).

Ve chvíli, kdy je plazma ve středu koule, všechny písty najednou udeří do povrchu kovové koule. V kouli tak vznikne rychle se šířící rázová vlna a plazma se obrazně řečeno na chvíli ocitne v pevném objetí úderem zpevněného kovu. Ten „kulový blesk“ stlačí na krátkou dobu tak velikou silou, že se v něm vytvoří podmínky pro fúzi atomových jader (plazmoid v centru zařízení existuje přibližně 0,0005 sekundy, píše fyzik Milan Řípa, který viděl prezentaci firmy). 

Při ní se uvolní „mračna“ rychlých neutronů, která se srazí s atomy okolního kovu a velmi rychle ho zahřejí. Rozžhavený kov se pak z komory odčerpá a teplo z něj poslouží k ohřátí média pro parní turbínu a výrobě elektřiny. Tato poslední část systému je vlastně nejjednodušší, protože jde o technologii dnes v podstatě běžnou u každé tepelné elektrárny.

Aby se trefili všichni najednou...

Možná už je vám jasné, proč se „fúze zmagnetovaného terčíku“ v 70. letech americkému námořnictvu nakonec nezdála. Jde o proces, který je velmi těžké uřídit: stačí malá chyba v synchronizaci pístů a tekutý kov mezi nimi bude utíkat z komory ven.

V prvním větším reaktoru General Fusion je přitom těchto pístů 200, v další generaci 400. A v případné elektrárně by mělo k opakování procesu docházet jednou za sekundu. Laberge ovšem dospěl k názoru, že moderní počítače mají dostatečný výkon a rychlost, aby řízení tohoto typu fúze zvládly.

Informace o tom, jak se daří zvládat potíže, které zvolené řešení přináší, jsou poměrně kusé. Podle toho, co se objevilo na veřejnosti v posledních měsících, velké potíže měla firma ještě nedávno s udržením dostatečně vysoké teploty plazmatu.

Laberge však v rozhovoru pro agenturu Bloomberg (audiozáznam) uvedl, že společnost se chystá zhruba do konce letošního roku rozhodnout, kde postaví další velký prototyp, který by měl být jen zhruba o třetinu menší než konečný komerční výrobek. Prototyp by mohl být hotový během pěti let. Následovat by měla stavba demonstrační elektrárny, už v podstatě s výkonem finálního produktu.

Autor:

Nejčtenější

Tom Cruise: Vypněte funkci vylepšení pohybu na svých televizorech

DO KINA: Tom Cruise a Úžasňákovi budou znovu zachraňovat svět

Tom Cruise na svém twitterovém účtu nabádá filmové fanoušky k vypnutí funkcí pro vylepšení vykreslení pohybu při...

Vývoj evropské superstíhačky je na spadnutí. Není to příliš brzy?

Model letounu NGF na listopadové výstavě Euronaval v Paříži

Francouzská ministryně obrany Florence Parlyová na svém twitterovém účtu 20. listopadu oznámila dosažení shody s...

Exekutoři varují před vakce.net. I bez objednávky hrozí exekucí

Exekuce

I nedokončený nákup na e-shopu s velice levným zbožím může vést k soudní exekuci. Naštěstí jen smyšlené, jak se...

Raketa Falcon 9 neúspěšně přistála do moře, náklad ale letí dál k ISS

Nepovedené přistání Falcon 9

Porucha hydraulického čerpadla znemožnila přistání nosného stupně rakety Falcon 9. Přistál, či spíše spadl, do moře...

Žádná speciální jednotka se bez něj neobejde. Zkusili jsme noční vidění

Zkouška noktovizoru LPNVG (Low Profile Night Vision Goggle) s označením...

Neobešlo by se bez nich ani dopadení Bin Ládina. Brýle pro noční vidění používají speciální jednotky po celém světě....

Další z rubriky

Co není ze zvířete, není maso. Dobytkáři se bojí konkurence ze zkumavky

Maso ze zkumavky (ilustrační foto)

Maso z laboratoře ještě na trhu není. Ale tento okamžik se zřejmě blíží, a tak se na něj odpůrci i zastánci této...

Oumuamua může být mimozemskou časovou schránkou, řekl expert v Rozstřelu

Astronom Petr Scheirich v diskusním pořadu Rozstřel.

„Můj názor je, že jde o těleso přírodního původu, ale přál bych si, aby tomu tak nebylo,“ řekl v Rozstřelu o prvním...

Homeopatie není vědecká, shodli se v Rozstřelu protivníci. Proč jí lidé věří?

Farmaceut Tomáš Cikrt (vlevo) a homeopat Jan Matyáš v diskusním pořadu iDNES.cz...

Účinnost homeopatie není podložena klinickými studiemi, říká EASAC. Přesto jde stále o velmi oblíbenou alternativní...

Najdete na iDNES.cz