Je známa jedna anekdota: jaderná fúze bude za dvacet let. Vždy bude za dvacet let. Tento vtip, nyní už ne vtipný, vyrostl z optimismu vědců, kteří v padesátých letech (a v každém následujícím desetiletí) věřili, že jaderná fúze je jen 20 let daleko. Nyní byla tato anekdota brána vážně po spuštění - rodák z MIT (Massachusetts Institute of Technology), vysoce uznávané a slavné instituce: Commonwealth Fusion Technologies. Uvedení do provozu slibuje spuštění funkčního jaderného fúzního reaktoru za 15 let. Slibuje levnou, čistou a neomezenou energii, která vyřeší všechny krize fosilních paliv a změny klimatu. Říká se tedy: „potenciálně nevyčerpatelný a bezuhlíkový zdroj energie.“
Jediný problém: Už jsme to mnohokrát slyšeli. Co se tentokrát liší?
Další slavné klišé se týká energie fúze. Myšlenka je jednoduchá: dáte slunce do láhve. Zbývá už jen postavit láhev. Fúzní energie pohání hvězdy, ale vyžaduje plazmu, aby fungovala neuvěřitelně horké a husté podmínky.
Obrovské množství energie se může uvolnit, když se dvě světelná jádra spojí dohromady: fúze deuterium-tritium, která se provádí v experimentu ITER, emituje 17,6 MeV na reakci, milionkrát více energie na molekulu, než se dostanete z exploze TNT. Ale k uvolnění této energie musíte překonat silné elektrostatické odpuzování mezi jádry, která jsou obě pozitivně nabitá. Silná interakce na krátké vzdálenosti vede k fúzi, která uvolňuje veškerou tuto energii, ale jádra musí být přivedena velmi blízko - na femtometrech. U hvězd se to děje samo o sobě kvůli kolosálnímu gravitačnímu tlaku na materiál, ale na Zemi je to obtížnější.
Nejprve se musíte pokusit najít materiály, které přežijí po vystavení teplotám stovek milionů stupňů Celsia.
Plazma se skládá z nabitých částic; hmota a elektrony jsou odplaveny. To může být drženo na místě magnetickým polem, které ohýbá plazmu do kruhu. Manipulace s magnetickým polem také umožňují komprimovat tuto plazmu. V padesátých a šedesátých letech se objevila celá generace zařízení s exotickými jmény: Stellarator, Perhapsatron, Z-Pinch. Ale plazma, kterou se snažili držet, byla nestabilní. Plazma sama vytváří elektromagnetická pole, lze ji popsat velmi komplexní teorií magnetohydrodynamiky. Mírné odchylky nebo defekty na povrchu plazmy se rychle vymkly kontrole. Stručně řečeno, zařízení nefungovala tak, jak bylo zamýšleno.
Sovětský svaz vyvinul tokamakové zařízení, které nabízí výrazně lepší výkon. Současně byl vynalezen laser, umožňující nový typ syntézy - syntéza s inerciálním uzavřením.
V tomto případě již není nutné udržovat hoření plazmy v magnetických polích, je nutné jej komprimovat explozí pomocí laserů v krátké době. Experimenty s inerciálním vězením však také trpěly nestabilitou. Běží od sedmdesátých let a možná jednoho dne se dostanou na cestu, ale dosud největší - Národní zapalovací laboratoř v Livermore v Kalifornii - nikdy nedosáhla bodu zlomu, ve kterém bude vyrobeno více energie, než bylo vynaloženo.
Propagační video:
Velká část naděje je s ITER, největším tokamakem jaderné fúze na světě, který je stále ve výstavbě.
Vývojáři projektu doufají, že do 20 minut zapálí plazmu a vytvoří 500 MW energie s nominálním příkonem 50 MW. Na rok 2035 se plánují úplné experimenty s fúzí, ale problémy s mezinárodní spoluprací mezi USA, SSSR (tehdy), Japonskem a Evropou vedly k velkým zpožděním a napínání rozpočtu. Projekt má zpoždění o 12 let a stojí 13 miliard dolarů. To není neobvyklé u projektů, které vyžadují vybudování obrovských instalací.
Podle plánu ITER by první termonukleární fúzní reaktor, který bude fungovat jako elektrárna, zapalovající a podporující fúzi, DEMO, měl být uveden do provozu v roce 2040 nebo dokonce 2050. Jinými slovy, jaderná fúze … bude za dvacet let. Existuje tendence řešit problémy s nestabilitou budováním stále více zařízení. ITER bude větší než JET a DEMO bude větší než ITER.
V průběhu let mnoho týmů napadlo mezinárodní spolupráci s menšími designy. Otázkou není rychlost, ale praktičnost. Pokud by výstavba fúzního reaktoru trvalo opravdu miliardy dolarů a desítky let, bude to za to vůbec? Kdo bude platit za výstavbu? Možná v době, kdy bude postaven funkční tokamak, kombinace solárních panelů a nových baterií nám poskytne energii, která bude levnější než energie vyrobená na tokamaku. Některé projekty - dokonce i notoricky známá „studená fúze“- se ukázaly jako falešné nebo nefungovaly.
Jiní si zaslouží větší pozornost. Uvedení do provozu s novými návrhy fúzních reaktorů - nebo v některých případech revidovanými verzemi starších pokusů.
Tri Alpha očekává, že srazí mraky plazmy ve struktuře připomínající Large Hadron Collider a poté drží fúzní plazmu v magnetickém poli dostatečně dlouho, aby se rozbila a vytvořila energie. Během několika milisekund se jim podařilo dosáhnout požadovaných teplot a zadržení plazmy, a také získali rizikový kapitál o více než 500 milionů dolarů.
Společnost Lockheed Martin Skunk Works, která je známá svými tajnými projekty, se v roce 2013 rozstříkla oznámením, že pracuje na kompaktním fúzním reaktoru o výkonu 100 MW o velikosti proudového motoru. V té době uvedli, že prototyp bude připraven za pět let. Samozřejmě nezveřejnili podrobnosti návrhu. V roce 2016 bylo potvrzeno, že projekt získává finanční prostředky, ale mnoho z nich již ztratilo víru a získalo skepticismus.
A na pozadí této hanby vědci MIT vtrhli do prstenu. Bob Mumgaard, generální ředitel Společnosti pro fúzní energii, řekl: „Zavázali jsme se včas získat pracovní stanici pro boj proti změně klimatu. Myslíme si, že věda, rychlost a škálování projektu bude trvat patnáct let. “
Nový projekt MIT se drží designu tokamaku, jak tomu bylo v minulosti. Zařízení SPARC má produkovat 100 MW energie v 10 sekundových omezovacích impulsech. Již dříve bylo možné získat energii z pulzů, ale bodem zlomu je to, co vědce opravdu přitahuje.
Zvláštní omáčkou v tomto případě jsou nové vysokoteplotní supravodivé magnety vyrobené z oxidu yttria, barya a mědi. Vzhledem k tomu, že HTSM může vytvářet silnější magnetická pole při stejné teplotě jako běžné magnety, je možné komprimovat plazmu s nižším vstupním výkonem, nižším magnetickým zařízením a dosáhnout syntézních podmínek v zařízení, které je 65krát menší než ITER. To je vlastně plán. Doufají, že v následujících třech letech vytvoří supravodivé magnety.
Vědci jsou optimističtí: „Naší strategií je použití konzervativní fyziky založené na desetiletích práce na MIT a jinde,“řekl Martin Greenwald, zástupce ředitele Centra pro plazmovou vědu a fúzi na MIT. "Pokud SPARC dosáhne očekávaného výkonu, můj instinkt diktuje, že může být rozšířen na skutečnou elektrárnu."
Existuje mnoho dalších projektů a startupů, které podobně slibují obejít všechny druhy tokamaků a rozpočtů na mezinárodní spolupráci. Je obtížné říci, zda některý z nich najde tajnou složku pro syntézu, nebo zda ITER s jeho váhou ve vědecké komunitě a podporou zemí vyhraje. Stále je těžké říci, kdy a zda se fúze stane nejlepším zdrojem energie. Syntéza je obtížná. Takto se historie zobrazuje.
Ilya Khel