V záverečnom experimente britského laboratória JET sa vygenerovalo 69 megajoulov energie.
Záber z kontrolnej miestnosti JET v deň záverečných experimentov. Zdroj: United Kingdom Atomic Energy Authority/EUROfusion
Pri experimente v európskom pokusnom reaktore Joint European Torus (JET), ktorý sa nachádza v Oxfordshire v Culhamskom centre pre fúznu energiu, vedci minulý rok v októbri dosiahli nový rekord. Vo štvrtok 8. februára 2024 to na svojej stránke oznámil v tlačovej správe britský Úrad pre atómovú energiu.
Išlo o záverečný experiment britského laboratória, ktoré po vyše 40 rokoch výskumu v oblasti jadrovej fúzie ukončilo svoju činnosť v decembri 2023.
Výskum na poli jadrovej fúzie prebieha už desaťročia v rôznych experimentálnych zariadeniach na celom svete. Snahou vedcov je nájsť spôsob, ako jadrovú fúziu využiť v priemyselnom meradle.
Jedným z najúspešnejších projektov na tomto poli bol práve európsky projekt JET, ktorého začiatky siahajú do roku 1983. Prvé experimenty v oblasti jadrovej fúzie sa tam uskutočnili v roku 1997.
Nový svetový rekord
JET, jedno z najväčších a najvýkonnejších fúznych zariadení na svete, preukázal schopnosť spoľahlivo vyrábať energiu z jadrovej fúzie a zároveň dosiahol nový rekord vo výrobe energie.
JET je experimentálny reaktor typu tokamak v tvare kruhového prstenca (toru), ktorý dokáže zahriať vysoko ionizovaný plyn (plazmu) na 150 miliónov stupňov Celzia, čo je desaťkrát vyššia teplota ako v jadre Slnka.
Nový svetový rekord sa vedcom podarilo dosiahnuť 3. októbra 2023. JET tak prekonal svoj predchádzajúci rekord z roku 2021, pri ktorom sa vygenerovalo 59 megajoulov. Je to teda ďalší míľnik na poli jadrovej fúzie.
Tentoraz sa z 0,2 miligramu paliva počas 5,2 sekundy vygenerovalo 69 megajoulov energie, čo je najväčšie množstvo energie, aké sa kedy pri experimente s jadrovou syntézou podarilo vygenerovať.
Napriek tomu, že to bol veľký úspech, nedosiahla sa pozitívna bilancia, píše stránka ORF.science. Do jadra išlo približne trikrát viac energie, ako sa vygenerovalo. Spotrebovalo sa teda viac energie, ako sa vyrobilo.
Čistá energia bez emisií
Jadrová fúzia predstavuje čistý a bezpečný zdroj energie, ktorý by v budúcnosti mohol umožniť prechod na výrobu energie bez emisií. Jeden kilogram fúzneho paliva obsahuje asi desať miliónov ráz viac energie než kilogram uhlia, ropy alebo plynu.
Využíva rovnaký fyzikálny princíp, aký poháňa Slnko. Pri veľmi vysokých teplotách a obrovskom tlaku sa vodíkové jadrá zlučujú na jadrá hélia, pričom sa uvoľňuje obrovské množstvo energie.
Ide o opačný proces, aký prebieha pri štiepení jadra. Kým pri jadrovej fúzii sa atómové jadrá spájajú, pri jadrovom štiepení sa atóm delí na dve alebo viaceré časti. Jadrové elektrárne vyrábajú energiu štiepením atómových jadier.
Palivo na komerčné využitie
Výskum v tejto oblasti je však mimoriadne náročný a experimenty trvajú veľmi dlho, aj desiatky rokov. Je otázne, či bude fúzna reakcia predstavovať riešenie klimatickej krízy, ale je to významný krok vpred.
Pri minuloročných experimentoch na JET iba s 0,2 miligramu fúzneho paliva (deutéria a trícia) sa začiatkom októbra počas 5,2 sekundy vygenerovalo 69 megajoulov. „Hoci je to len 20 kilowatthodín, teda toľko, koľko vyrobí môj solárny systém počas slnečného januárového dňa, aj tak je to dôležitý krok vo výskume jadrovej syntézy,“ cituje stránka ORF.science Georga Harrera z Ústavu aplikovanej fyziky Technickej univerzity vo Viedni a Rakúskeho výskumného programu jadrovej syntézy pri Akadémii vied.
Nový obrí reaktor
Experiment dláždi cestu ďalšiemu výskumu v oblasti jadrovej fúzie.
Deutérium a trícium sa majú používať aj v Medzinárodnom termonukleárnom experimentálnom reaktore ITER, ktorý sa v súčasnosti buduje v južnom Francúzsku a ktorý by mal byť podľa súčasných plánov uvedený do prevádzky v roku 2030. Je to jeden z najambicióznejších projektov na svete.
Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor, na ktorom sa podieľa Čína, 27 krajín Európskej únie, India, Japonsko, Južná Kórea, Rusko a USA, má preukázať vedeckú a technologickú realizovateľnosť energie jadrovej syntézy, založenej na rovnakom princípe, aký poháňa naše Slnko a hviezdy. Podľa Georga Harrera bude ITER „dvakrát väčší ako JET, bude mať desaťkrát väčší objem plazmy a cieľový fúzny výkon 500 megawattov. To už je porovnateľné s tepelnou elektrárňou“.
Ochrana stien reaktora
Veľkým problémom pri realizácii jadrovej fúzie je ochrana stien budúcich fúznych reaktorov pred horúcou plazmou. Na tento účel existujú rôzne návrhy, niektoré z nich boli po prvý raz testované v prostredí deutéria a trícia počas záverečných experimentov na JET.
Namiesto veľkých potenciálne deštruktívnych nestabilít v plazme vytvára tento prevádzkový režim zámerne množstvo malých nestabilít, ktoré pre steny reaktora nepredstavujú problém. Podľa Emmanuela Joffrina z európskeho výskumného konzorcia EUROfusion je skvelé, že sa pri experimente podarilo demonštrovať, „ako môžeme hranu plazmy uviesť do stabilného stavu a zabrániť tak energetickým výbojom, aby sa dostali k stene reaktora. Obe techniky sú určené na ochranu integrity stien budúcich zariadení. Toto je po prvý raz, čo sme mohli tieto scenáre otestovať v prostredí deutéria a trícia.“
Zdroj: UKAEA, ORF.science, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, ČT24
(zh)
