Atóm skrýva obrovskú energiu. Človek nemusí byť práve Einsteinom, aby to pochopil. Civilizácia zatiaľ nemá lepšiu alternatívu, pomocou ktorej by dokázala efektívne nahradiť taký výkonný, no občas aj rizikový zdroj energie, akým je štiepenie atómu v jadrových reaktoroch.
Šanca na zmenu tu však je. Črtá sa stále iba v diaľke, aj keď vedci o nej vedia vyše pol storočia. Táto šanca spočíva v prechode z jadrového štiepenia na jadrovú fúziu.
Namiesto rozbíjania spájať
Kým pri prvom procese sa pomocou reťazovej reakcie rozbíja veľmi ťažký atóm na dve či viac častí, pri druhom postupe sa naopak veľmi ľahký atóm spája s iným veľmi ľahkým atómom, napríklad vodík s vodíkom, čím vzniká atóm hélia. Takto to funguje vnútri hviezd.
Pri štiepení atómu aj pri jadrovej fúzii sa uvoľňuje veľké množstvo energie, pri fúzii asi štvornásobne viac.
V prvom prípade sa používajú nedostatkové vzácne prvky, vzniká problém s uložením rádioaktívneho vyhoreného paliva a vo výnimočných prípadoch aj s udržaním reakcie v bezpečných hraniciach, ako to ukázala zemetrasením a cunami poškodená elektráreň v japonskej Fukušime.
Pri fúzii naopak možno využiť obyčajnú morskú vodu, bohatú na vodík a lítium. Napríklad lítium z jedinej batérie do notebooku spolu s vodou spolovice naplnenej vane by umožnilo vyrobiť toľko energie ako pri spálení 40 ton uhlia.
Vždy originálny Richard Feynman začiatkom 50. rokov uplynulého storočia vyrátal silu fúzie ešte inak: „Keby sa podarilo skonštruovať zariadenie na princípe termonukleárnej fúzie, mohol by sa z tečúcej vody s prietokom 12 litrov za sekundu získať rovnaký výkon ako vo všetkých elektrárňach v USA dovedna.“
Pritom by prakticky odpadol problém s vyhoreným palivom; po záverečnom odstavení reaktora by zostala iba rádioaktívna oceľ z jeho plášťa.
Bez gravitácie máme problém
Základný a zatiaľ v praxi nevyriešený problém spočíva v tom, že fúzia prebieha medzi rovnakými atómami s rovnako nabitým nábojom, ktoré sa odpudzujú. Na ich spojenie treba prekonať obrovskú odpudivú elektrickú silu a priblížiť ich k sebe tak, aby prevládli príťažlivé jadrové sily.
Na to treba veľmi vysoké tlaky a teploty. Hviezdam v tom pomáha gravitácia, ktorá stlačí atómy vodíka do dokonalej gule. Tlak v jadre je preto rovnomerný a atómy nemajú kde uniknúť.
Využiť silu gravitácie na Zemi nedokážeme, musíme si preto pomôcť vyššími teplotami. Na to, aby vedci dosiahli fúziu, potrebujú vytvoriť teplotu medzi 100 až 200 miliónmi stupňov Celzia, teda ešte oveľa vyššiu, než aká vládne v strede nášho Slnka. Taká teplota roztopí všetky materiály, ktoré poznáme.
Pred rokmi to komentoval francúzsky fyzik Pierre-Gilles de Gennes, nositeľ Nobelovej ceny takto: „Povedali sme, že vložíme Slnko do škatuľky. Je to pekná myšlienka. Problém spočíva v tom, že nevieme, z čoho tú škatuľku vyrobiť.“
Príliš lákavý cieľ
Cieľ dosiahnuť riadenú fúziu na Zemi a zmeniť tak celú energetiku, je príliš lákavý. Problému sa teoreticky aj prakticky už v minulosti venovali mnohí fyzici.
Jedným zo zakladateľov teoretickej fyziky plazmy bol Američan Lyman Spitzer, meno ktorého dnes nesie infračervený teleskop na obežnej dráhe Zeme. V ZSSR bol rozvoj fyziky plazmy spojený najmä s menom Igora Kurčatova.
Praktické pokusy s fúziou prebiehali pred vojnou, ale najmä po vojne v USA, vo Veľkej Británii aj v ZSSR. Pretože spočiatku išlo najmä o jej vojenské využitie (vodíkovú bombu vyvinuli v USA aj v ZSSR), robili sa väčšinou utajene.
V 50. rokoch rozpracovali myšlienku sovietskeho vojaka Lavrentieva fyzici Igor Tamm a Andrej Sacharov a vznikol princíp tokamaku, čiže nádoby v tvare cievky na uchovávanie plazmy, ktorú od stien reaktora odtláča magnetické pole. Tento princíp sa zatiaľ ukazuje ako najnádejnejší (aj keď existuje aj iná cesta, pri ktorej sa používajú sústredené lasery).
O rozpracovanie princípu zdokonaleného tokamaku vo veľkom meradle sa usilujú už niekoľko rokov vedci, výskumníci a inžinieri z Európskej únie, zo Spojených štátov, z Číny, Japonska, Južnej Kórey a Indie.
Sú zapojení v ambicióznom projekte ITER (Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor), ktorý sa rodil ťažko, lebo pôvodne existovalo viac návrhov na to, kde reaktor postaviť – napríklad Japonci ho chceli mať doma.
Nakoniec sa však vlády dohodli, že experimentálny reaktor bude stáť pod francúzskym hradom Cadarache na juhu krajiny. Pre obrovskú technickú a technologickú náročnosť projektu sa náklady naň podľa posledných odhadov z pôvodne plánovaných 10 miliárd eur vyšplhajú na 18 miliárd.
Ani to ešte nemusí byť konečná hranica, takže niet sa ani príliš čo čudovať, že sa naň iba ťažko hľadajú peniaze. Po projekte Manhattan a Medzinárodnej vesmírnej stanici to má byť tretí najdrahší vedecký projekt v histórii.
Ako Eiffelovka
Vákuová nádoba ITER-u bude vytvorená z deviatich častí, každá s hmotnosťou okolo 500 ton. Celá nádoba sa priblíži hmotnosti Eiffelovej veže – 5-tisíc ton.
Vonkajší priemer bude asi 20 metrov a výška 15 metrov. Sústava obrovských elektromagnetov bude chladená tekutým héliom; cieľom je udržať reakciu dostatočne dlho, aby bol výkon reaktora vyšší než spotrebovaná energia.
Nezabúdajme, že toto všetko je ešte iba experiment, nie elektráreň, ktorá by už mohla začať vyrábať energiu. Tá môže vzniknúť až niekedy okolo roku 2050, ak sa ukáže, že ITER nie je slepá cesta. To zatiaľ nevie nik, no za pokus to nepochybne stojí.
Ako konštatovali v knihe Fúzia – energia vesmíru fyzici Garry McCracken a P. Stott, úspešný vývoj fúznej elektrárne s jej principiálne nízkym radiačným nebezpečenstvom by bol vynikajúcim darčekom pre naše deti a našich vnukov, lebo by zabezpečil ľudstvu energiu prakticky na neobmedzený čas.
