Čtvrtek, 24 září
Shadow

Další krok na cestě za dokonalým zdrojem energie?

Vizualizace zařízení, které nás může posunout zase o něco blíž komerčnímu využití termojaderné fúze.

Vědci z celého světa pracují na spolehlivém a efektivním způsobu udržení horkého plazmatu, ve kterém probíhá fúzní reakce, aby tak případně snížili náklady pro realizaci této nadějné, ale složité cesty k téměř dokonalému zdroji energie. Nový objev výzkumného týmu z University of Washington (UW) může snížit energii potřebnou k udržení plazmatu na pouhé jedno procento oproti dosud známým metodám.

„Najednou se požadované množství energie snížilo z astronomické hodnoty na hodnotu téměř zanedbatelnou,“ řekl Thomas Jarboe, profesor letectví a kosmonautiky z UW, který prezentoval nové výsledky minulý týden na 24. Konferenci o fúzní energii, pořádané Mezinárodní agenturou pro atomovou energii v San Diegu.

Nové zařízení vypadá jako dvojice oušek od hrnku kávy. S tím rozdílem, že jsou připevněny ke komoře, ve které žhne plazma o teplotě milionů stupňů. Takové kávy by se asi nikdo napít nechtěl.

Většina lidí alespoň zběžně zná princip jaderného štěpení, který využívají současné reaktory k produkci velkého množství užitečné energie. Při štěpení se atomy velmi těžkých prvků rozpadají na atomy menší, v případě jaderné fúze jde naopak o spojování několika menších atomů. Výhody jsou jasné – nejsou potřeba relativně vzácné těžké prvky jako uran a produkty takových reakcí nejsou nebezpečné izotopy s dlouhým poločasem rozpadu.

Ale aby v tom nebyl háček… Přinutit atomy ke spojení vyžaduje obrovské množství energie (co bychom taky čekali když k sobě tlačíme dva velmi koncentrované kladné náboje) a vědci stále pracují na tom, jak z reakce získat více energie, než je nutné do ní vložit. Slunce a jiné hvězdy, které svou energii čerpají právě z fúzních reakcí, mají obrovskou výhodu ve své velikosti – i když je četnost fúzních elementárních fúzních reakcí poměrně malá, v tak velkém objemu, který je značně stlačován gravitační silou sebe samého, to k udržení fúzní rekace bohatě stačí. Bohužel si na zemi nemůžeme postavit kopii Slunce v plné velikosti.

Ve Francii se v současnosti staví velký mezinárodní fúzní reaktor (projekt ITER), doufejme, že dostatečně velký na to, aby v něm mohla probíhat stabilní a efektivní reakce.

V ITERu bude ohřev plazmatu od teploty, kdy přestane být ohřev ohmickým teplem kvůli poklesu odporu plazmatu účinný, probíhat pomocí vysokofrekvenčních elektromagnetických vln a injekcí urychlených iontů vodíku. Teplota plazmatu, které bude v pasti tvořené vhodnou konfigurací magnetického pole, by tak měla dosáhnou 100 milionů stupňů.

„Metoda jako taková funguje bez problému,“ pokračuje Jarboe, „bohužel je ale málo efektivní a velmi drahá, nemluvě o problémech s magnetickým udržením.“

Dvě desetiletí pracoval tým profesora Jarboa na levnější alternativě nazývané „helicity injection“, tedy něco jako „vstřikování šoubovic“.

Spirály a šroubovice v plazmatu vytváří asymetrické proudy, díky kterým vzniká elektromagnetické pole, které způsobuje další ohřev a podporuje udržení.

V plazmatu elektrony již nejsou vázány v atomu, ale existují spolu s jádry jako volné částice. Udržet takovou teplotu – a udržet látku o takovéto teplotě daleko od chladných stěn pomocí magnetického pole – vyžaduje obrovské množství energie.

„Zkusili jsme plasma stlačit tak, že se stalo nestabilním,“ vysvětluje Jarboe nový přístup. „Je to jako když opravdu hodně zkroutíte lano – plasma se stočí samo do sebe a tato nestabilita přinutí proud změnit směr.“

Prezentované výsledky naznačují, že tento postup bude vyžadovat méně energie než jiné metody, problém ovšem je, že vzniklý systém je nestabilní, což znamená, že se může vymknout kontrole. Zkroucené plazma může uniknout a způsobit tak nákladnou odstávku reaktoru.

Právě tahle nestabilita je největší překážkou realizace nové metody. Otázkou odle Jarboa tedy je, jestli lze „láhev zdeformovat, aniž by z ní začalo téct“.

„Nyní jsme ale dokázali aplikovat asymetrická pole, takže plazma se nestává nestabilním, když je takto přinuceno vést proud. Předvedli jsme, že můžeme ustavit stabilní rovnováhu, což znamená, že do magnetické nádoby můžeme dát více plazmatu,“ pokračuje Jarboe.

Aparatura z UW využívá dvě cívky ve tvaru ucha od hrnku (jde vlastně o toroid rozříznutý v polovině s tím, že jedna je vůči druhé otočena kolmo). Tyto cívky střídavě generují proudy na obou stranách centrální komory, autoři tento způsob ohřevu nazývají „metoda vnucených proudů“.

Dosavadní výzkumy ukazují, že metoda je stabilní a velmi energeticky výhodná, bohužel je experimentální reaktor UW příliš malý na to, aby byl schopný plazma plně udržet. Dalším krokem tady bude připojit zařízení k většímu reaktoru, aby vědci zjistili, zda je schopné vytvořit dostatečně těsnou magnetickou nádobu a horké plazma i ve větším měřítku.

Výzkum je financován Ministerstvem energetiky USA.

Zdroj: University of Washington

1 Comment

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..