Prielom jadrovej fúzie v kontexte

Minulý mesiac National Ignition Facility v Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) v Kalifornii oznámila, významný prelom vo výskume jadrovej fúzie. Odvtedy sa ma množstvo ľudí pýtalo, čo tento prelom v skutočnosti znamená.

Po prvé, poďme diskutovať o niektorých základoch jadrovej fúzie. Dnešné jadrové elektrárne sú založené na jadrovom štiepení, čo je štiepenie ťažkého izotopu, akým je urán-235, na dva menšie izotopy. (Izotopy sú len rôzne formy prvku).

Jednoducho povedané, jadrové štiepenie je ako vystrelenie malej guľky do stredu izotopu, čo spôsobí, že sa stane nestabilným a rozdelí sa. Keď sa rozdelí, uvoľní obrovské množstvo energie (hmotnosť a energia sú spojené podľa známej Einsteinovej rovnice E = Mc²). Táto energia sa potom môže premeniť na elektrinu.

Jednou z hlavných námietok proti jadrovému štiepeniu je však to, že vedľajšie produkty štiepenia sú vysoko rádioaktívne a mnohé z nich majú dlhú životnosť. Inými slovami, ak sa s nimi správne nezaobchádza, predstavujú nebezpečenstvo pre život. Tieto rádioaktívne vedľajšie produkty sú dôvodom, prečo sú niektorí proti jadrovej energii.

Jadrová fúzia, ktorá je zdrojom energie pre hviezdy ako naše slnko, je iná. S fúziou nútite menšie izotopy dohromady, aby vytvorili väčšie izotopy. Typicky to zahŕňa kombináciu izotopov vodíka - najmenšieho prvku - za vzniku hélia. Táto reakcia uvoľňuje ešte viac energie ako štiepna reakcia, ale čo je dôležitejšie, nevytvára žiadne dlhodobé rádioaktívne vedľajšie produkty. Preto sa jadrová fúzia často nazýva „svätým grálom“ výroby energie.

Takže, v čom je problém? Tieto malé izotopy vodíka sú vysoko odolné voči fúzii. Aby sa spojili, je potrebný obrovský tlak a vysoké teploty (ako sú na slnku). To je veľmi odlišné od jadrového štiepenia, ktoré prebieha pomerne ľahko. Hoci teda fúziu možno dosiahnuť v jadrových zbraniach, výskumníci strávili desaťročia snahou o vytvorenie riadenej fúznej reakcie, ktorá by sa dala použiť na výrobu energie.

V priebehu rokov bolo oznámených veľa „prelomových objavov“. Tá, ktorá bola oznámená minulý mesiac, bola, že vedci po prvýkrát získali z procesu fúzie viac energie, než museli vložiť. Predchádzajúce snahy o dosiahnutie fúzie si vyžadovali viac energetických vstupov, ako vyprodukovala fúzna reakcia.

Ide teda o významný prelom. Ale ako blízko sme k vývoju komerčných fúznych reaktorov?

Tu je analógia, ktorú som použil, aby som to dal do kontextu. Na ceste ku komerčnej leteckej doprave bolo veľa míľnikov. Bratia Wrightovci uskutočnili prvý úspešný motorový let v histórii v decembri 1903. Do prvého transatlantického letu ubehlo ďalších 16 rokov. Boeing 707, prvé široko úspešné komerčné lietadlo, však bolo predstavené až v roku 1958.

Dlhoročný vtip bol vždy taký, že komerčná jadrová fúzia je vzdialená 30 rokov. V skutočnosti to jednoducho znamená, že stále nevidíme úplnú cestu, ako sa tam dostať. Nedávny prielom je určite míľnikom na ceste ku komerčnej jadrovej fúzii. Od komerčnej realizácie jadrovej fúzie nás však môže deliť ešte 30 rokov.