Je známa jedna anekdota: jadrová fúzia bude o dvadsať rokov. Bude to vždy o dvadsať rokov. Tento vtip, ktorý už nie je vtipný, vyrastal z optimizmu vedcov, ktorí sa v 50-tych rokoch (a v každom nasledujúcom desaťročí) domnievali, že jadrová fúzia je vzdialená iba 20 rokov. Teraz bola táto anekdota braná vážne startupom - pôvodom z MIT (Massachusetts Institute of Technology), vysoko rešpektovanej a slávnej inštitúcie: Commonwealth Fusion Technologies. Uvedenie do prevádzky sľubuje spustenie fungujúceho jadrového fúzneho reaktora za 15 rokov. Sľubuje lacnú, čistú a neobmedzenú energiu, ktorá vyrieši všetky krízy fosílnych palív a zmeny klímy. Hovoria teda: „potenciálne nevyčerpateľný a bezuhlíkový zdroj energie.“
Jediný problém: Už sme to počuli mnohokrát. Čo sa tentoraz líši?
Ďalšie známe klišé sa týka energie fúzie. Myšlienka je jednoduchá: dáte slnko do fľaše. Zostáva už len postaviť fľašu. Fúzna energia poháňa hviezdy, ale vyžaduje to neuveriteľne horúce a husté podmienky pre fungovanie plazmy.
Keď sa dve svetelné jadrá spoja, uvoľní sa obrovské množstvo energie: fúzia deutérium-trícia, ktorá sa vykonáva ako súčasť experimentu ITER, emituje 17,6 MeV na reakciu, miliónkrát viac energie na molekulu, ako sa dostanete z výbuchu TNT. Ale aby ste uvoľnili túto energiu, musíte prekonať silné elektrostatické odpudenie medzi jadrami, ktoré sú obe pozitívne nabité. Silná interakcia na krátke vzdialenosti vedie k fúzii, ktorá uvoľňuje všetku túto energiu, ale jadrá musia byť veľmi blízko - na femtometroch. U hviezd sa to stáva samo osebe kvôli kolosálnemu gravitačnému tlaku na materiál, ale na Zemi je to ťažšie.
Najprv musíte skúsiť nájsť materiály, ktoré prežijú aj po vystavení teplotám stoviek miliónov stupňov Celzia.
Plazma pozostáva z nabitých častíc; hmota a elektróny sú odplavené. Môže byť držaný na svojom mieste magnetickým poľom, ktoré ohýba plazmu do kruhu. Manipulácie s magnetickým poľom tiež umožňujú kompresiu tejto plazmy. V 50. a 60. rokoch sa objavila celá generácia zariadení s exotickými názvami: Stellarator, Perhapsatron, Z-Pinch. Ale plazma, ktorú sa snažili držať, bola nestabilná. Plazma sama vytvára elektromagnetické polia, dá sa opísať veľmi komplexnou teóriou magnetohydrodynamiky. Mierne odchýlky alebo defekty na povrchu plazmy sa rýchlo vymkli spod kontroly. Stručne povedané, zariadenia nefungovali tak, ako sa plánovalo.
Sovietsky zväz vyvinul tokamakové zariadenie, ktoré ponúka výrazne lepší výkon. Súčasne bol vynájdený laser, ktorý umožňuje nový typ syntézy - syntézu s inerciálnym zadržaním.
V tomto prípade už nie je potrebné udržiavať spaľovanie plazmy v magnetických poliach, je potrebné komprimovať ju explóziou s použitím laserov v krátkom čase. Pokusy s zotrvačným zadržaním však tiež trpeli nestabilitou. Boli spustené od 70. rokov minulého storočia a jedného dňa sa môžu dostať na cestu, ale doteraz najväčšie, Národné laboratórium zapaľovania v Livermore v Kalifornii, nikdy nedosiahlo bod zlomu, v ktorom sa vyprodukuje viac energie, ako sa vynaložilo.
Propagačné video:
Veľa nádeje je s ITER, najväčším tokamakom fúzie magnetického obmedzenia fúzie na svete, ktorý sa stále pripravuje.
Vývojári dúfajú, že v priebehu 20 minút dôjde k zapáleniu plazmy, aby sa vyrobilo 500 MW energie s nominálnym príkonom 50 MW. Na rok 2035 sa plánujú úplné experimenty jadrovej syntézy, ale problémy s medzinárodnou spoluprácou medzi USA, ZSSR (vtedy stále), Japonskom a Európou viedli k veľkým oneskoreniam a predĺženiu rozpočtu. Projekt má meškanie 12 rokov a stojí 13 miliárd dolárov. To nie je neobvyklé v prípade projektov, ktoré si vyžadujú výstavbu veľkých zariadení.
Podľa plánu ITER by mal prvý termonukleárny fúzny reaktor, ktorý bude fungovať ako elektráreň zapaľujúca a podporujúca fúziu, DEMO, byť uvedený do prevádzky v roku 2040 alebo dokonca 2050. Inými slovami, jadrová fúzia … bude o dvadsať rokov. Existuje tendencia riešiť problémy s nestabilitou budovaním stále väčšieho počtu zariadení. ITER bude väčší ako JET a DEMO bude väčší ako ITER.
V priebehu rokov mnoho tímov napadlo medzinárodnú spoluprácu s menšími návrhmi. Otázka nie je rýchlosť, ale praktickosť. Ak si výstavba fúzneho reaktora naozaj vyžiada miliardy dolárov a desiatky rokov, bude to stáť za to? Kto bude platiť za výstavbu? Možno v čase, keď bude postavený funkčný tokamak, kombinácia solárnych panelov a nových batérií nám poskytne energiu, ktorá bude lacnejšia ako energia vyrobená na tokamaku. Niektoré projekty - dokonca aj notoricky známe „studené fúzie“- sa ukázali ako nepravdivé alebo nefungovali.
Iní si zaslúžia väčšiu pozornosť. Spúšťanie s novými návrhmi fúznych reaktorov - alebo v niektorých prípadoch revidované verzie starších pokusov.
Tri Alpha očakáva zrážku plazmy v štruktúre pripomínajúcej Large Hadron Collider a potom drží fúznu plazmu v magnetickom poli dosť dlho na to, aby sa zlomila a generovala energia. Za pár milisekúnd sa im podarilo dosiahnuť požadované teploty a zadržanie plazmy a tiež získali rizikový kapitál vo výške viac ako 500 miliónov dolárov.
Lockheed Martin Skunk Works, známy svojimi tajnými projektmi, sa v roku 2013 rozstrekoval oznámením, že pracujú na kompaktnom fúznom reaktore s výkonom 100 MW s veľkosťou prúdového motora. V tom čase uviedli, že prototyp bude pripravený o päť rokov. Samozrejme nezverejnili podrobnosti o dizajne. V roku 2016 sa potvrdilo, že projekt dostáva finančné prostriedky, ale mnohí už stratili vieru a získali skepticizmus.
A na pozadí všetkej tejto hanby vedci z MIT vtrhli do kruhu. Bob Mumgaard, generálny riaditeľ spoločnosti Fusion Energy pre spoločenstvo, uviedol: „Zaviazali sme sa včas získať pracovnú stanicu na boj proti zmene klímy. Myslíme si, že veda, rýchlosť a škálovanie projektu bude trvať pätnásť rokov. ““
Nový projekt MIT sa drží dizajnu tokamaku, ako to bolo v minulosti. Zariadenie SPARC má produkovať 100 MW energie v 10 sekundových zachytávacích impulzoch. Energiu z pulzov už bolo možné získať, ale bod zlomu je to, čo vedcov skutočne priťahuje.
Špeciálnou omáčkou v tomto prípade sú nové vysokoteplotné supravodivé magnety vyrobené z oxidu ytria, bária a medi. Vzhľadom na to, že HTSM môže vytvárať silnejšie magnetické pole pri rovnakej teplote ako bežné magnety, je možné komprimovať plazmu s nižším vstupným výkonom, s nižším magnetickým zariadením a dosiahnuť podmienky syntézy v zariadení, ktoré je 65-krát menšie ako ITER. To je vlastne plán. Dúfajú, že v nasledujúcich troch rokoch vytvoria supravodivé magnety.
Vedci sú optimistickí: „Našou stratégiou je použitie konzervatívnej fyziky založenej na desaťročiach práce na MIT a inde,“povedal Martin Greenwald, zástupca riaditeľa Centra pre plazmovú vedu a fúziu na MIT. „Ak SPARC dosiahne očakávaný výkon, môj inštinkt nariaďuje, aby sa dal rozšíriť na skutočnú elektráreň.“
Existuje mnoho ďalších projektov a startupov, ktoré podobne sľubujú obídenie všetkých druhov tokamakov a rozpočtov na medzinárodnú spoluprácu. Je ťažké povedať, či niekto z nich nájde tajnú zložku pre syntézu, alebo či ITER, s váhou vo vedeckej komunite a podporou krajín, zvíťazí. Stále je ťažké povedať, kedy a či sa fúzia stane najlepším zdrojom energie. Syntéza je náročná. Takto história ukazuje.
Ilja Khel