Termojaderná fúze
Češi pomáhají zažehnout na Zemi umělé slunce

Zatímco ve stávajících atomových elektrárnách vzniká energie štěpením atomů, v reaktorech využívajících principu termojaderné fúze by se naopak atomy slučovaly. Stejně jako ve hvězdách by z jader těžkého vodíku vznikala jádra helia, přičemž by se uvolňovalo obrovské množství energie. Čeští vědci se podílejí na výzkumu, který by měl teoretický koncept převést do praxe.

Využívají k tomu tokamak Compass, který před několika lety převzali z Velké Británie. Zkoumají v něm vlastnosti deset milionů stupňů horkého plazmatu, především jeho turbulence. "Když dokážeme pochopit, jakým způsobem turbulence vznikají, dokážeme je také omezit, což pomůže u budoucích elektráren tlumit tepelné zatížení stěn," říká člen výzkumného týmu a autor knihy Řízená termojaderná fúze pro každého Vladimír Weinzettl z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd.

Právě obrovská teplota plazmatu, kterou nesnese ani ten nejodolnější materiál, je největší problém budoucích elektráren na termojadernou fúzi. Hvězdy udržují plazma pod kontrolou gravitací, vědci v tokamaku magnetickým polem. Využívají skutečnosti, že plazma, což je ionizovaný plyn, je prostředí elektricky nabité. A elektricky nabité částice se v magnetickém poli mohou pohybovat pouze podél jeho silokřivek.

"Uděláme-li magnetickou konfiguraci stejnou či podobnou nádobě, v níž držíme ionizovaný plyn, tak se veškeré palivo bude držet uvnitř, protože bude sledovat magnetickou nádobu," vysvětluje Weinzettl. Takže uvnitř pevné, fyzické nádoby je ještě jedna "neviditelná magnetická nádoba", po jejíchž stěnách částice plazmatu jakoby kloužou.

V tokamaku se magnetické pole vytváří soustavou cívek a kromě toho i magnetickým polem, které vytváří svým prouděním samotné plazma. To zaručuje dobré míchání plazmatu a přispívá ke stabilitě celé konfigurace.

Z tokamaku vychází podle Weinzettla kromě světla infračervené záření, tedy teplo, ultrafialové záření, které je okamžitě zachyceno první stěnou, protože je kovová, a rentgenové záření, které odstiňuje betonová zeď. U elektrárny na termojadernou fúzi půjde ještě o záření částicové, o neutrony, ale i k jejich odstínění bude stačit zeď kolem tokamaku, ujišťuje fyzik.

Elektrárny budou proto zcela bezpečné a nebudou produkovat radioaktivní odpad. Kromě toho bude jejich obrovskou výhodou, že z 500 kilogramů vodíku dokážou vyrobit takové množství elektrické energie, ke kterému by tepelná elektrárna potřebovala deset milionů tun uhlí.

Projekt za miliardy

Všechna experimentální fúzní zařízení zatím produkují méně energie, než kolik se jí musí dodat. Rekord v efektivitě zatím drží reaktor JET v anglickém Culhamu, který v roce 1997 po dobu dvou sekund produkoval 16 MW při spotřebě 25 MW. S takovou bilancí je k vyřešení energetické krize daleko.

Při spojení atomových jader se sice energie uvolňuje, nejprve je však třeba překonat jejich vzájemné odpuzování, aby se projevily přitažlivé jaderné síly působící jen na extrémně malé vzdálenosti. K tomu je nutné "násilím" jádra stlačit za pomoci obrovských teplot a tlaků. Zatím to umíme pouze explozivně, ve vodíkové pumě. Složitost celého procesu ilustruje fakt, že jako roznětka v ní neslouží nic slabšího než atomová bomba.

První experimentální tokamak, který by měl pracovat s pozitivní energetickou bilancí, je ITER budovaný v Cadarache na jihu Francie. Fúzní reakce by se v něm měla poprvé zažehnout v roce 2020. Společný projekt EU, Spojených států, Ruska, Japonska, Jižní Koreje a Indie si podle aktuálních odhadů vyžádá 15 miliard (379 miliard korun), přičemž Evropa se na této sumě podílí z 45 procent.