Britská spoločnosť First Light Fusion oznámila významný technologický krok smerom k prakticky využiteľnej jadrovej fúzii. Jej koncept elektrárne s názvom FLARE fusion power plant concept totiž podľa nezávislého overenia dokáže produkovať výrazný prebytok trícia.

Toto palivo dnes predstavuje jednu z najväčších prekážok rozvoja fúznej energetiky. Výsledok naznačuje, že budúce fúzne reaktory by nemuseli byť závislé od extrémne obmedzených zásob tohto izotopu, ale mohli by si ho vyrábať samy, píše Interesting Engineering.

Je nesmierne vzácne

Jadrová fúzia sa dlhodobo považuje za potenciálny zdroj prakticky nevyčerpateľnej a bezuhlíkovej energie. Najbližšie ku komerčnému využitiu je reakcia deutéria a trícia, teda dvoch izotopov vodíka. Pri ich zlúčení vzniká hélium, vysokoenergetický neutrón a obrovské množstvo energie.

Deutérium je pritom relatívne dostupné. Nachádza sa totiž v morskej vode a jeho zásoby sú z pohľadu energetiky prakticky neobmedzené. Trícium je však úplne iný príbeh. Na celej planéte existuje len približne dvadsať kilogramov civilných zásob a navyše ide o rádioaktívny izotop s polčasom rozpadu asi dvanásť rokov, takže jeho množstvo prirodzene klesá.

Práve nedostatok trícia je jedným z hlavných dôvodov, prečo sa fúzna energetika zatiaľ nepodarila škálovať na priemyselnú úroveň. Každý reaktor založený na reakcii deutérium–trícium musí totiž vyprodukovať viac trícia, než sám spotrebuje, inak by globálne zásoby paliva veľmi rýchlo zmizli. Tento parameter sa označuje ako pomer rozmnožovania trícia, teda Tritium Breeding Ratio (TBR). Hodnota vyššia než jedna znamená energetickú sebestačnosť, no pre reálnu energetickú infraštruktúru je potrebná výrazná rezerva.

Analýzy vykonané spoločnosťou First Light Fusion a nezávisle overené tímom radiačnej fyziky spoločnosti TÜV SÜD UK ukázali, že koncept FLARE by mohol dosiahnuť hodnotu TBR až 1,8. To znamená, že systém by produkoval takmer dvojnásobok trícia oproti množstvu spotrebovanému pri samotnej fúzii. Ak sa tieto výsledky potvrdia aj experimentálne, išlo by o najvyšší deklarovaný pomer rozmnožovania medzi doteraz predstavenými fúznymi návrhmi.

Kľúčom k tomuto výsledku je využitie lítia ako takzvaného množivého materiálu. Vnútri reaktora dopadajú rýchle neutróny vznikajúce pri fúzii na lítiové vrstvy, kde jadrové reakcie premieňajú lítium na nové atómy trícia. Tento princíp nie je nový a počíta s ním aj medzinárodný projekt ITER, no FLARE podľa autorov využíva výrazne jednoduchšiu architektúru vhodnú pre inerciálnu fúziu.

Rieši hneď dva problémy

Na rozdiel od známejších tokamakov, ktoré udržiavajú plazmu pomocou silných magnetických polí, patrí FLARE do kategórie inerciálnej fúzie. V nej sa malé palivové terče stláčajú extrémne rýchlym impulzom energie alebo nárazom, čím sa na krátky okamih dosiahnu podmienky podobné vnútorným procesom hviezd. First Light Fusion dlhodobo vyvíja prístup založený na projektiloch urýchlených na extrémne rýchlosti, ktoré generujú tlak potrebný na zapálenie fúznej reakcie bez potreby gigantických laserových systémov.

Tokamak Energy ltd.

Z technického hľadiska je mimoriadne dôležité, že koncept rieši dva zásadné problémy naraz. Nielen samotnú výrobu energie, ale aj dlhodobú dostupnosť paliva pre celý sektor. Ak by elektráreň dokázala produkovať prebytočné trícium, mohla by zásobovať ďalšie fúzne zariadenia a urýchliť vznik širšieho energetického ekosystému.

Ekonomický aspekt pritom nemusí byť menej významný než fyzikálny. Fúzne projekty často narážajú na extrémnu komplexnosť a cenu infraštruktúry. FLARE je navrhnutý tak, aby bol primárne elektrárňou, nie len experimentálnym zariadením. Kombinácia vysokoenergetickej inerciálnej fúzie a efektívneho lítiového množenia paliva by podľa predbežných analýz mohla priniesť priaznivejšiu ekonomiku výroby elektriny než pri mnohých konkurenčných koncepciách.

Význam tohto vývoja spočíva najmä v tom, že diskusia o fúzii sa postupne presúva od otázky „či to funguje“ k otázke „či sa to dá prevádzkovať vo veľkom“. Energetický zisk už dnes experimentálne potvrdili viaceré laboratóriá, no reálne elektrárne budú potrebovať uzavretý palivový cyklus. Bez schopnosti produkovať vlastné trícium by totiž fúzna energetika nikdy nemohla prekročiť experimentálnu fázu.

Čítajte viac z kategórie: Novinky