Černý kůň jaderné fúze

Slučování atomových jader je už dlouho uvažovanou, ovšem praxi stále několik desetiletí vzdálenou představou o zdroji levné ekologické energie.

V současné době nejvíce peněz na výzkum termojaderné fúze spolykají dva přístupy. "Inerciální" udržení reprezentované nedávno spuštěným největším laserovým systémem světa nazvaným Národní zapalovací zařízení (NIF) v americkém Livermoru. Druhým favoritem je "magnetické" udržení zastoupené především mezinárodním tokamakem ITER, který se druhým rokem staví ve francouzském Cadarache. Obě zařízení stála a ještě budou stát miliardy dolarů či eur.

Deset milionů od armády
Ale výzkum člověkem řízené fúze probíhá i mimo rámec těchto mamutích projektů. V současnosti nejnadějnějším z alternativních přístrojů ovšem není notoricky známá studená fúze, ale takzvané Inerciální elektrostatické udržení (IEC), které představuje zařízení nazvané Polywell. To se zatím musí spokojit se "skromným" příspěvkem 10 milionů dolarů od americké armády.

Ač podle jména se zdá IEC příbuzné "inerciální" fúzi, ve které má palivo udržet uvnitř zařízení "inerce", tedy setrvačnost, opak je pravdou. Přístup využívá vnější pole (podobně jako ITER má mohutné magnetické pole kolem prstence plazmatu). V případě IEC ovšem fúzi udržující elektrostatické pole vytváří kladně nabitá mřížka a záporný náboj elektronů nahromaděných v centru zařízení, kde slučování jader probíhá.


Výraz inerciální (který by se tu hodilo spíše překládat jako "setrvalý") zde znamená, že v prostoru, kde dochází k reakci, se zachovává přibližně stejný počet iontů a stejná energie.

Seržantův vzestup
Nadějným přístupem se začátkem 50. let začali zabývat na obou stranách železné opony. V SSSR ho odstartoval dopis adresovaný Stalinovi neznámým seržantem Rudé armády jménem Oleg Alexandrovič Lavrentěv. Dopis obsahoval nákres "suché" vodíkové bomby a fúzního reaktoru.

Zatímco princip vodíkové bomby byl Rusům již znám, druhý návrh je inspiroval k projektu neúspěšnějšího termojaderného zařízení současnosti - k tokamaku.

Lavrentěvem navržené elektrostatické pole nahradili polem magnetickým. A jeho autor se z nízké vojenské šarže stal uznávaným fyzikem. Byť jeho role na zahájení sovětského fúzního programu vyšla najevo až v roce 2001.

Lavrentěvův návrh reaktoru počítal s dvěma sférickými mřížkami, z nichž jedna urychlovala a současně brzdila elektrony a druhá totéž prováděla s ionty. Zdánlivě protichůdné funkce umožňoval kulovitý tvar zařízení.

Lavrentěv brzy zjistil, že mřížky ničí tepelná zátěž dopadajících částic, a "obalil" je ochranným magnetickým polem. Tak vznikla elektromagnetická past. To je řada cívek připomínající ze základní školy známý solenoid - podlouhlá cívka se závity kruhového tvaru stejného průměru, tedy jakási "pružina". Až na to, že v případě elektromagnetické pasti v sousedních "závitech" tekl elektrický proud opačným směrem.

Slibné výsledky utnula perestrojka a výzkum byl kvůli nedostatku financí zrušen. Lavrentěv se ovšem své myšlenky nevzdal. O termojaderném reaktoru na principu "své" elektromagnetické pasti přednášel ještě vloni, v 82 letech na mezinárodní konferenci v Aluště.

Jdi na Západ, fúze
Zatím optimističtěji vypadá budoucnost IEC v USA. I tam začal výzkum již v 50. letech, ovšem postupně převážila podpora pro dva "klasické" přístupy k fúzi (magnetické a inerciální udržení). Iniciativu výzkumu IEC nakonec převzal Robert Bussard, kterému se podařilo nalézt pro Polywell účinnou geometrii. Ovšem 12 let nesměl své výsledky publikovat, neboť pracoval pro americké námořnictvo.

Stejně jako Lavrentěv v dalekém Charkově vzal si i Bussard na pomoc magnetické pole. Zatímco Lavrentěv řadil cívky za sebou, Bussard z nich vytvořil mnohostěn - Polywell (polyhedron = mnohostěn a well = jáma). Svá zařízení označoval písmeny WB podle dětské hry wiffle ball, jejíž míček s mnoha otvory jeho zařízení připomínala. Než ve věku 79 let zemřel, skončil u zařízení WB-6. V jeho snaze pokračuje Richard Nebell se společností Energy Matter Conversion Corporation (EMC2) v Santa Fe a dnes staví zařízení WB-8.

Co si autoři od Polywell slibují? Fúzi boru a vodíku, při které vzniká ve srovnání s fúzí deuteria a tritia (jako například v ITER) jen malé množství neutronů. Před menším množstvím neutronů chrání slabší stínění a stačí méně odolné konstrukční materiály. Oboje znamená snížení nákladů. Přítomnost mřížky a potenciální jámy by také měla umožnit přímou přeměnu fúzní energie na elektrickou. Zařízení by tak teoreticky mohlo přeměnit neuvěřitelných 60 až 75%procent energie uvolněné při fúzi na energii elektrickou. To je přibližně dvakrát větší účinnost než u jiných přístupů.

Výhodou jsou i malé rozměry. Reaktor o výkonu 100 MW by měla být koule o průměru tři metry. I proto, že zařízení nemá pracovat s tak extrémními teplotami a tlakem jako jeho větší konkurenti. Částice se v něm neohřívají, ale urychlují. To je také zásadní rozdíl od tokamaků s horkým plazmatem.

Není divu, že taková představa vzbudila zájem. Polywell dostane prostředky od amerického ministerstva obrany. Pro koncept IEC je to ale nepochybně krok kupředu, do Bussardovy firmy svého času investoval i nakladatel erotického časopisu Penthouse Bob Guccione.

Fúzní "míče" by podle představ tvůrců a jejich armádních podporovatelů mohly pohánět například námořní lodě (a teoreticky i ty kosmické). Ovšem plán EMC2 na komerční fúzní elektrárnu v roce 2020 lze považovat za zbožné přání spíše než za podložený plán.

Budoucnost ovšem není vůbec jasná. Už celá řada velmi nadějných a slibných projektů v energetice (a v oboru jaderné fúze zvlášť) narazila na nepřekonatelné obtíže. Podle Richarda Nebella, který kvůli Polywell opustil známou Národní laboratoř v Los Alamos, o úspěšnosti projektu rozhodnou následující dva roky.