© Shutterstock 

Co je to? -

Jaderná fúze je pokus vědců napodobit nejsilnější energie ve vesmíru: Slunce. Slunce je přirozenou továrnou na jadernou fúzi, která se skládá z obrovské hořící koule plazmy, kterou každou sekundu přetaví několik set tun vodíku na helium a poskytuje tak stálý zdroj tepla a energie. Proces jaderné fúze vytvořený člověkem se tedy snaží napodobit stejnou energii, která pohání Slunce.

© Shutterstock 

Je to na drobnější úrovni -

K jaderné fúzi dochází, když se dva nebo více atomů sloučí v jeden větší. Při tomto procesu vzniká obrovské množství energie ve formě tepla, protože dvě částice, které se tlačí k sobě, se ve skutečnosti přirozeně odpuzují.

© Shutterstock 

Je to čistá energie -

Jaderná fúze slibuje poskytnout nám téměř neomezené formy energie a na rozdíl od fosilních paliv nevypouští skleníkové plyny. Navíc na rozdíl od dnes používaných zdrojů energie jaderného štěpení neprodukuje radioaktivní odpad s dlouhou životností. Představte si svět poháněný čistou energií bez uhlíku.

© Shutterstock 

Jak se to liší od jaderného štěpení -

Zatímco fúze spojuje dva nebo více atomů dohromady, štěpení probíhá opačně. Při jaderném štěpení se větší atom rozdělí na dva nebo více menších atomů, jejichž teplo se rovněž využívá k výrobě energie.

© Shutterstock 

Jaderný odpad ze štěpení -

Podle ministerstva energetiky je jaderná energie zdrojem energie s nulovými emisemi, ale při štěpení vzniká radioaktivní odpad, který je třeba bezpečně skladovat a který s sebou nese bezpečnostní rizika - např. jaderné havárie jako ve Fukušimě nebo Černobylu.

© Shutterstock 

S fúzí je tato hrozba menší -

Jaderná fúze oproti tomu nepředstavuje taková bezpečnostní rizika jako štěpení. Materiály používané k jejímu pohonu mají mnohem kratší poločas rozpadu, uvádí CNN.

© Shutterstock 

Jak by mohla být neomezená? -

Výchozími prvky pro jadernou fúzi jsou především deuterium a tritium – dva izotopy vodíku. Deuterium se nachází ve sladké i slané vodě. Podle CNN může deuterium, vyrobené z pouhých 500 mililitrů vody a malého množství tritia, pohánět dům po dobu jednoho roku. Ve srovnání s tím je tritium vzácnější a hůře dostupné, i když se dá vyrobit synteticky.

© Shutterstock 

Klíčem je vodík -

"Na rozdíl od uhlí potřebujete jen malé množství vodíku, který se ve vesmíru vyskytuje nejhojněji," řekl pro CNN Julio Friedmann, hlavní vědecký pracovník společnosti Carbon Direct a bývalý hlavní energetický technolog v Lawrence Livermore. "Vodík se nachází ve vodě, takže látky, které tuto energii generují, jsou neomezené a čisté."

© Shutterstock 

Jaký užitek by tato energie mohla mít u vás doma -

Teplo, které vzniká při slučování dvou atomů, lze následně využít k ohřevu vody, výrobě páry a roztočení turbíny k výrobě energie.

© Shutterstock 

Co to všechno znamená -

Zdokonalení jaderné fúze by mohlo lidstvo zachránit před klimatickou krizí, kterou jsme si způsobili sami nadměrným využíváním fosilních paliv. Vyčištění našich energetických zdrojů by snad zmírnilo fatální záplavy, sucha, hladomor, zuřící požáry, smrtící vlny veder a další katastrofální dopady změny klimatu, které nás jako lidstvo stále více ohrožují.

© Shutterstock 

Má to obrovský potenciál -

Pokud zvládneme jadernou fúzi dovést k dokonalosti, není důvod, proč by nemohla pohánět velkou část světa. Jediný gram paliva jako základní surovina může údajně vytvořit ekvivalent osmi tun ropy ve fúzní energii - to je výtěžnost osm milionů ku jedné!

© Getty Images

Bude to výzva -

Největší výzvou při využívání energie z jaderné fúze je to, aby se udržela po dostatečně dlouhou dobu, aby pak mohla napájet elektrické sítě a topné systémy prostřednictvím elektráren. Průlom v USA je důležitý, ale získané energie je stále příliš málo na to, aby byla v provozu jedna jediná elektrárna.

© Shutterstock 

Musí to být ve větším měřítku -

Jeremy Chittenden, spoluředitel Centra pro výzkum inerciální fúze na Imperial College v Londýně, popisoval čistou energii získanou v průlomovém experimentu CNN a řekl: „Tohle by stačilo zhruba na uvaření 10 konvic vody. Aby z toho mohla fungovat celá elektrárna, potřebujeme mnohem více energie."

© Getty Images

Už se to děje po celém světě -

V USA, Velké Británii a Evropě se pracuje na několika projektech této fúze. Ve Francii probíhá projekt Mezinárodního termonukleárního experimentálního reaktoru (ITER), na jehož dosud nejambicióznějším energetickém projektu spolupracuje 35 zemí. Hlavními členy ITER jsou Čína, USA, Evropská unie, Rusko, Indie, Japonsko a Jižní Korea.

© Getty Images

Tokamaky ve Velké Británii a Francii -

Ve Velké Británii a v rámci projektu ITER ve Francii pracují vědci zabývající se jadernou fúzí s tokamaky. To jsou obrovské stroje ve tvaru šišek vybavené obřími magnety. Po vložení malého množství paliva do tokamaku se zapnou magnety a teplota uvnitř se razantně zvýší, aby se vytvořila plazma, často nazývaná jako "čtvrtý stav hmoty". Plazma je hmota tak horká, že se elektrony odtrhávají od atomů a vytvářejí ionizovaný plyn - něco jako polévku, která je elektricky nabitá, uvádí Centrum pro vědu o plazmatu a fúzi.

© Getty Images

Co se děje uvnitř tokamaku -

Zvýšením teploty uvnitř tokamaku na nepochopitelně vysokou úroveň - plazma musí dosáhnout nejméně 150 milionů stupňů Celsia - jsou částice paliva nuceny se slučovat. Při tak vysoké teplotě neutrony unikají z kladně nabitého plazmatu a narážejí na "deku" podél stěny tokamaku, kde předávají svou kinetickou energii ve formě tepla.

© Shutterstock 

Je to velké množství tepla, které je třeba udržet -

Je těžké si představit, kolik tepla musí tokamak obsahovat, ale pro představu: 150 milionů stupňů Celsia je asi desetinásobek teploty slunečního jádra. Jak by tedy něco takového mohlo na Zemi existovat? Vědci a inženýři zabývající se touto fúzí vyřešili tento problém působivým způsobem - navržením obřích magnetů, které generují silná magnetická pole, která uvnitř zachycují teplo. Jakýkoli jiný materiál se snadno roztaví.

© Shutterstock 

Předchozí průlomy -

V únoru 2022 britští vědci oznámili, že se jim v tokamaku podařilo vygenerovat a udržet rekordních 59 megajoulů energie z jaderné fúze po dobu pěti sekund, což je dosud nejvyšší udržovaný energetický puls. Ačkoli to bylo jen tolik energie, že by stačila na napájení domu na jeden den, a do procesu se více energie dostalo, než z něj vyšlo, byl to historický výsledek, protože prokázal, že je skutečně možné udržet jadernou fúzi na Zemi.

© Getty Images

Už se pracuje na větším tomakaku -

V květnu 2022 CNN uvedla, že nový tokamak ITER bude vážit 23 000 tun, což odpovídá třem Eiffelovým věžím. Bude se skládat z milionu součástí, které se dále dělí na 10 milionů menších dílů. Bude mimo jiné obsahovat jedny z největších magnetů, jaké kdy byly vytvořeny - některé o průměru až 24 m.

© Getty Images

ITER má kořeny v Rusku -

Hledání energie z jaderné fúze začalo ve 30. letech 20. století a v průběhu desetiletí bylo testováno mnoho různých zařízení, ale pouze tokamak, vytvořený v Sovětském svazu, byl prvním, který dosáhl v roce 1968 vysokoteplotní a plazmové metody zadržení. Tokamak se rychle vyvinul v regenerační stroj, a dokonce i jeho název je ruského původu.

© Getty Images

Vodíková bomba byla první jadernou fúzí -

První demonstraci jaderné fúze, vodíkovou bombu, provedla armáda. Izotopy vodíkové fúzní reakce byly umístěny kolem běžné bomby, jejíž výbuch uvolnil energii potřebnou pro fúzní proces. Vzhledem k tomu, že bomba byla přibližně tisíckrát silnější než běžná atomová bomba, vyvolala u široké veřejnosti menší nadšení pro výzkum jaderné fúze.

© Getty Images

Politické, ideologické a ekonomické problémy -

Jednou z největších výzev projektu ITER je řízení politických, ideologických a ekonomických vztahů členských zemí, zejména s Ruskem, které se zhoršily po jeho invazi na Ukrajinu. Rusko poskytuje ITER značné finanční prostředky a je dokonce jedním z hlavních center magnetů pro nový tokamak. "ITER byl skutečně dítětem studené války," vysvětluje Laban Coblentz, ředitel komunikace ITER. Je to záměrná spolupráce ideologicky nesouvisejících národů, které prostě sdílejí společný cíl: lepší budoucnost. 

© Getty Images

Použití laserů v Národním zařízení pro výzkum fúze -

V USA se na jaderné fúzi pracuje především v National Ignition Facility, kde se používá proces zvaný "termonukleární inerciální fúze". Jak uvádí CNN, vědci v podstatě vystřelují pelety obsahující vodíkové palivo do soustavy 192 laserů, čímž vzniká série rychlých, opakovaných výbuchů rychlostí 50krát za sekundu.

© Getty Images

Výhody a nevýhody laserů -

Pomocí laserů mohou vědci zapálit směs izotopů vodíku, čímž získají energii potřebnou pro fúzi a vyhnou se problémům s ochranou. Tento proces však představuje další problém, pokud jde o ochranu samotných laserů před fúzní reakcí.

© Getty Images

Proč je tento průlom tak důležitý -

Ačkoli je před komerčním využitím jaderné fúze ještě dlouhá cesta, tento průlom byl prvním případem, kdy se vědcům podařilo prokázat, že mohou vytvořit více energie, než s jakou začali - což je pro potenciální komerční zdroj energie zásadní vlastnost.

© Getty Images

Co bude dál? -

Odborníci nyní musí přijít nejen na to, jak vyrábět energii ve větším měřítku, ale také na to, jak snížit náklady na jadernou fúzi tak, aby mělo smysl ji komerčně využívat. Každý experiment stojí obrovské množství času a peněz. Například i jediný den zpoždění v ITER údajně stojí více než 1 milion dolarů.

© Getty Images

Zdroje financování -

Evropská unie údajně hradí 45 % nákladů na výstavbu ITER a ostatní členské země přispívají podle odhadů každá něco přes 9 %. Výstavba byla původně odhadována na 6,4 miliardy dolarů, ale od té doby se cena více než ztrojnásobila.

© Getty Images

Ještě to bude trvat léta -

Vědcům může trvat ještě desítky let, než se jim podaří zvládnout uvolňování energie z fúzní reakce tak pomalu, aby ji bylo možné přenášet do elektrické sítě ve formě elektřiny. Někteří z nás se možná nedožijí schopnosti fúze vyrábět neomezené množství čisté energie a vědci samozřejmě také závodí se změnou klimatu.

© Shutterstock 

Ale změní to vše -

Celosvětová spotřeba energie – z níž se odhaduje, že 80 % pochází z fosilních paliv – se od roku 1973 více než zdvojnásobila a vzhledem k tomu, že světová populace do roku 2022 přesáhne 8 miliard, by se toto číslo mohlo do konce století ztrojnásobit. Jaderná fúze by mohla být naší záchranou z okovů fosilních paliv, jako je uhlí, ropa a plyn, které nás uvrhly do nejhlubší existenční krize lidstva.

Zdroje: (Dummies) (CNN) (MIT Plasma Science and Fusion Center)

© Shutterstock