Průlom jaderné fúze v kontextu

Minulý měsíc National Ignition Facility v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii oznámila, významný průlom ve výzkumu jaderné fúze. Od té doby se mě řada lidí ptala, co tento průlom skutečně znamená.

Nejprve si proberme některé základy jaderné fúze. Dnešní jaderné elektrárny jsou založeny na jaderném štěpení, což je štěpení těžkého izotopu, jako je uran-235, na dva menší izotopy. (Izotopy jsou jen různé formy prvku).

Jednoduše řečeno, jaderné štěpení je jako vystřelit malou kulku do středu izotopu, což způsobí, že se stane nestabilním a rozštěpí se. Když se rozdělí, uvolní ohromné ​​množství energie (hmotnost a energie souvisí podle Einsteinovy ​​slavné rovnice E = Mc²). Tato energie se pak může přeměnit na elektřinu.

Jednou z hlavních námitek proti jadernému štěpení je však to, že vedlejší produkty štěpení jsou vysoce radioaktivní a mnoho z nich má dlouhou životnost. Jinými slovy, pokud s nimi není správně zacházeno, představují nebezpečí pro život. Tyto radioaktivní vedlejší produkty jsou důvodem, proč jsou někteří proti jaderné energii.

Jaderná fúze, která je zdrojem energie pro hvězdy, jako je naše slunce, je jiná. S fúzí nutíte menší izotopy dohromady, aby vytvořily větší izotopy. Typicky to zahrnuje kombinování izotopů vodíku - nejmenšího prvku - za vzniku hélia. Tato reakce uvolňuje ještě více energie než reakce štěpná, ale co je důležitější, nevytváří žádné dlouhodobé radioaktivní vedlejší produkty. Proto je jaderná fúze často nazývána „svatým grálem“ výroby energie.

Tak co je za problém? Tyto malé izotopy vodíku jsou vysoce odolné vůči fúzi. K jejich spojení je zapotřebí obrovský tlak a vysoké teploty (jaké jsou na slunci). To je velmi odlišné od jaderného štěpení, které probíhá relativně snadno. I když tedy fúze může být dosaženo v jaderných zbraních, výzkumníci strávili desetiletí snahou vytvořit řízenou fúzní reakci, která by mohla být použita pro výrobu energie.

V průběhu let bylo oznámeno mnoho „průlomů“. Ta, která byla oznámena minulý měsíc, byla, že vědci poprvé získali z procesu fúze více energie, než museli vložit. Předchozí úsilí, které dosáhlo fúze, vyžadovalo více energetických vstupů, než vyprodukovala fúzní reakce.

Takže to znamená významný průlom. Ale jak blízko jsme k vývoji komerčních fúzních reaktorů?

Zde je analogie, kterou jsem použil, abych to uvedl do kontextu. Na cestě ke komerční letecké dopravě bylo mnoho milníků. Bratři Wrightové uskutečnili první úspěšný motorový let v historii v prosinci 1903. Do prvního transatlantického letu uběhlo dalších 16 let. Boeing 707, první široce úspěšné komerční dopravní letadlo, byl představen až v roce 1958.

Dlouhodobým vtipem vždy bylo, že komerční jaderná fúze je 30 let daleko. Ve skutečnosti to jednoduše znamená, že stále ještě úplně nevidíme úplnou cestu, jak se tam dostat. Nedávný průlom je jistě milníkem na cestě ke komerční jaderné fúzi. Ale od komerční realizace jaderné fúze nás možná dělí ještě 30 let.