Francie dnes spěchá s konstrukcí Mezinárodního termojaderného experimentálního reaktoru (ITER), který má ukázat, že jadernou syntézu neboli fúzi lze využít v jaderných elektrárnách. ITER bývá často prezentován jako dlouhodobé řešení problému globálního oteplování, protože jaderná syntéza může představovat neomezený a čistý zdroj energie. ITER však nic takového dělat nebude.
Při štěpných reakcích, na které jaderná energetika spoléhá dnes, se těžké prvky, jako je uran, štěpí na prvky s nižším protonovým číslem, zatímco při jaderné syntéze se malé prvky jako vodík slučují a vytvářejí prvky s vyšším protonovým číslem (helium). Při štěpení i fúzi se uvolňuje obrovské množství energie.
Někteří političtí představitelé vysvětlují, že jaderná syntéza probíhá na Slunci a že ji díky ITER spoutáme. Často přitom dodávají, že jelikož se při syntéze spaluje vodík, který se nachází v mořské vodě, jde o neomezený zdroj energie.
Političtí činitelé bohužel vědí jen velmi málo o vědeckých aspektech tohoto jevu. Skutečnost, že jaderná fúze představuje zdroj energie, je známa již od vynálezu vodíkové pumy. Její kontrola je však pro výzkumné ústavy stále zásadním problémem, nikoliv jen nějakou drobnou technickou překážkou, kterou lze snadno překonat.
Uvěznit trochu slunce v krabici je mimořádně obtížný úkol ze tří hlavních důvodů. Za prvé není jaderným palivem mořská voda, nýbrž směs dvou těžkých izotopů vodíku, deuteria a tritia – to je radioaktivní izotop, který byl v malém množství vyroben do vodíkových bomb. Jakýkoliv vývoj reaktorů pro jadernou syntézu by předpokládal produkci tritia průmyslovými metodami, které je teprve potřeba vymyslet.
Za druhé začíná syntéza deuteria a tritia za teploty přibližně 100 milionů stupňů. Její dosažení vyžaduje použití magnetu urychlujícího plazma, což je jakýsi velký plamen deuteriových a tritiových jader. Urychlování se musí provádět v ultravysokém vakuu ve velké komoře. ITER není konstruován za účelem výroby elektrické energie, nýbrž za účelem studia stability plamene v magnetu. Protože reaktory jaderné syntézy produkují částice alfa, které plazma znečišťují, musí se do plamene o teplotě 100 milionů stupňů vložit tzv. „divertor“, jenž ho vyčistí. To se zatím nikomu nepodařilo, ale ITER možná bude schopen se o to kolem roku 2030 pokusit – tedy pokud se vyřeší předchozí problém.
Za třetí emituje syntéza také neutrony – ty vytvářejí bublinky heliového plynu uvnitř materiálu pláště, který pak má sklon explodovat. Stoupenci ITER vysvětlují, že budou-li stěny porézní, mohou bublinky unikat. Nic však nemůže být neprodyšné a porézní současně a ITER není konstruován k tomu, aby tento rozpor zkoumal. V budoucnu by se měla mezi plazma a stěny vkládat „peřina“, která bude plnit dva cíle: chránit vnější stěny a vytvářet tritium z jaderných reakcí uvnitř cirkulující kapaliny s obsahem lithia. To by mohlo fungovat, ale první stěna „peřiny“ bude muset být nejen neprodyšná a porézní, ale také dostatečně propustná pro neutrony, které musí bombardovat atomy lithia za ní.
Problém s materiály je sám o sobě výzkumným oborem. Ve snaze o jeho zkoumání padlo rozhodnutí vybudovat v Japonsku Mezinárodní zařízení na ozařování materiálů pro jadernou fúzi (IFMIF). Někteří vědci tvrdí, že ozařování neutronů v IFMIF nebude stejné jako ve fúzních reaktorech, ale jeho náklady ve výši jedné miliardy eur budou představovat pouhou desetinu nákladů na ITER.
Proč tedy nemůžeme počkat na výsledky IFMIF, než vybudujeme ITER? Všechno závisí na rozpočtu. Kdyby ITER skutečně dokázal vyřešit energetický problém planety, pak by 10 miliard eur představovalo zanedbatelnou investici – je to menší částka než výše čistého zisku ropné společnosti TOTAL (13 miliard eur v roce 2006) a stejná částka jako náklady na deset dní vedení války v Iráku.
Bude-li však syntéza vůbec kdy fungovat v průmyslových elektrárnách, potrvá to mnoho desetiletí. Dokonce i kdyby byl ITER úspěšný a někdo vyřešil problémy s tritiem a materiály, muselo by se všechno odzkoušet ve skutečné velikosti a teprve poté by se dal postavit první prototyp průmyslového reaktoru. Drastické snížení emisí CO2 je naléhavou prioritou, ale jaderná fúze pravděpodobně nebude vyrábět dostatek energie, aby se tohoto cíle podařilo dosáhnout do začátku dvaadvacátého století.
ITER je skutečně velkým nástrojem základního výzkumu, takže jeho každoroční náklady ve výši 500 milionů eur je zapotřebí poměřovat s podobnými vědeckými iniciativami, jako je Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN), která spolyká miliardu švýcarských franků ročně. Podle mého názoru je hledání základní struktury částic mnohem důležitější než studium stability plazmatu.
Ve Francii je příspěvek na ITER vyšší než veškeré dostupné finance na výzkumné projekty ve všech našich fyzikálních laboratořích. Hrozí tedy riziko, že ITER vysaje i prostředky pro ostatní životně důležitý výzkum. Špatný příklad máme již dnes v Mezinárodní vesmírné stanici, kde se proplýtvalo 100 miliard dolarů, aniž to přineslo vědecké výsledky.
ITER náš problém s energií nevyřeší. Ačkoliv má určitý vědecký význam pro fyziku plazmatu, účastnické země by měly jasně konstatovat, že jeho financování nebude mít dopad na ostatní jejich výzkumné úsilí. Mezinárodní společenství by současně mělo podpořit výzkum metod úspory a skladování energie a urychlit vývoj jaderných reaktorů čtvrté generace, které budou využívat štěpení a budou čisté a trvanlivé.
Francie dnes spěchá s konstrukcí Mezinárodního termojaderného experimentálního reaktoru (ITER), který má ukázat, že jadernou syntézu neboli fúzi lze využít v jaderných elektrárnách. ITER bývá často prezentován jako dlouhodobé řešení problému globálního oteplování, protože jaderná syntéza může představovat neomezený a čistý zdroj energie. ITER však nic takového dělat nebude.
Při štěpných reakcích, na které jaderná energetika spoléhá dnes, se těžké prvky, jako je uran, štěpí na prvky s nižším protonovým číslem, zatímco při jaderné syntéze se malé prvky jako vodík slučují a vytvářejí prvky s vyšším protonovým číslem (helium). Při štěpení i fúzi se uvolňuje obrovské množství energie.
Někteří političtí představitelé vysvětlují, že jaderná syntéza probíhá na Slunci a že ji díky ITER spoutáme. Často přitom dodávají, že jelikož se při syntéze spaluje vodík, který se nachází v mořské vodě, jde o neomezený zdroj energie.
Političtí činitelé bohužel vědí jen velmi málo o vědeckých aspektech tohoto jevu. Skutečnost, že jaderná fúze představuje zdroj energie, je známa již od vynálezu vodíkové pumy. Její kontrola je však pro výzkumné ústavy stále zásadním problémem, nikoliv jen nějakou drobnou technickou překážkou, kterou lze snadno překonat.
Uvěznit trochu slunce v krabici je mimořádně obtížný úkol ze tří hlavních důvodů. Za prvé není jaderným palivem mořská voda, nýbrž směs dvou těžkých izotopů vodíku, deuteria a tritia – to je radioaktivní izotop, který byl v malém množství vyroben do vodíkových bomb. Jakýkoliv vývoj reaktorů pro jadernou syntézu by předpokládal produkci tritia průmyslovými metodami, které je teprve potřeba vymyslet.
Za druhé začíná syntéza deuteria a tritia za teploty přibližně 100 milionů stupňů. Její dosažení vyžaduje použití magnetu urychlujícího plazma, což je jakýsi velký plamen deuteriových a tritiových jader. Urychlování se musí provádět v ultravysokém vakuu ve velké komoře. ITER není konstruován za účelem výroby elektrické energie, nýbrž za účelem studia stability plamene v magnetu. Protože reaktory jaderné syntézy produkují částice alfa, které plazma znečišťují, musí se do plamene o teplotě 100 milionů stupňů vložit tzv. „divertor“, jenž ho vyčistí. To se zatím nikomu nepodařilo, ale ITER možná bude schopen se o to kolem roku 2030 pokusit – tedy pokud se vyřeší předchozí problém.
BLACK FRIDAY SALE: Subscribe for as little as $34.99
Subscribe now to gain access to insights and analyses from the world’s leading thinkers – starting at just $34.99 for your first year.
Subscribe Now
Za třetí emituje syntéza také neutrony – ty vytvářejí bublinky heliového plynu uvnitř materiálu pláště, který pak má sklon explodovat. Stoupenci ITER vysvětlují, že budou-li stěny porézní, mohou bublinky unikat. Nic však nemůže být neprodyšné a porézní současně a ITER není konstruován k tomu, aby tento rozpor zkoumal. V budoucnu by se měla mezi plazma a stěny vkládat „peřina“, která bude plnit dva cíle: chránit vnější stěny a vytvářet tritium z jaderných reakcí uvnitř cirkulující kapaliny s obsahem lithia. To by mohlo fungovat, ale první stěna „peřiny“ bude muset být nejen neprodyšná a porézní, ale také dostatečně propustná pro neutrony, které musí bombardovat atomy lithia za ní.
Problém s materiály je sám o sobě výzkumným oborem. Ve snaze o jeho zkoumání padlo rozhodnutí vybudovat v Japonsku Mezinárodní zařízení na ozařování materiálů pro jadernou fúzi (IFMIF). Někteří vědci tvrdí, že ozařování neutronů v IFMIF nebude stejné jako ve fúzních reaktorech, ale jeho náklady ve výši jedné miliardy eur budou představovat pouhou desetinu nákladů na ITER.
Proč tedy nemůžeme počkat na výsledky IFMIF, než vybudujeme ITER? Všechno závisí na rozpočtu. Kdyby ITER skutečně dokázal vyřešit energetický problém planety, pak by 10 miliard eur představovalo zanedbatelnou investici – je to menší částka než výše čistého zisku ropné společnosti TOTAL (13 miliard eur v roce 2006) a stejná částka jako náklady na deset dní vedení války v Iráku.
Bude-li však syntéza vůbec kdy fungovat v průmyslových elektrárnách, potrvá to mnoho desetiletí. Dokonce i kdyby byl ITER úspěšný a někdo vyřešil problémy s tritiem a materiály, muselo by se všechno odzkoušet ve skutečné velikosti a teprve poté by se dal postavit první prototyp průmyslového reaktoru. Drastické snížení emisí CO2 je naléhavou prioritou, ale jaderná fúze pravděpodobně nebude vyrábět dostatek energie, aby se tohoto cíle podařilo dosáhnout do začátku dvaadvacátého století.
ITER je skutečně velkým nástrojem základního výzkumu, takže jeho každoroční náklady ve výši 500 milionů eur je zapotřebí poměřovat s podobnými vědeckými iniciativami, jako je Evropská organizace pro jaderný výzkum (CERN), která spolyká miliardu švýcarských franků ročně. Podle mého názoru je hledání základní struktury částic mnohem důležitější než studium stability plazmatu.
Ve Francii je příspěvek na ITER vyšší než veškeré dostupné finance na výzkumné projekty ve všech našich fyzikálních laboratořích. Hrozí tedy riziko, že ITER vysaje i prostředky pro ostatní životně důležitý výzkum. Špatný příklad máme již dnes v Mezinárodní vesmírné stanici, kde se proplýtvalo 100 miliard dolarů, aniž to přineslo vědecké výsledky.
ITER náš problém s energií nevyřeší. Ačkoliv má určitý vědecký význam pro fyziku plazmatu, účastnické země by měly jasně konstatovat, že jeho financování nebude mít dopad na ostatní jejich výzkumné úsilí. Mezinárodní společenství by současně mělo podpořit výzkum metod úspory a skladování energie a urychlit vývoj jaderných reaktorů čtvrté generace, které budou využívat štěpení a budou čisté a trvanlivé.