"Nová" jaderná fúze? Ano, již za 50 let

Jaderná fúze, slučování lehkých jader, má dvojí využití. Funguje miliardy let úspěšně ve hvězdách a už 50 let neméně úspěšně v jaderných zbraních. Tak to bylo, je a, dle mě, minimálně dalších 50 let bude. Tom McGuire ze Skunk Works v Lockheed Martin ovšem minulý týden zveřejnil vizi, dle které fúze změní náš energetický svět. Na přiloženém videu odhaduje, že si Tom bude muset do důchodu najít novou práci, protože fúzní elektrický zdroj bude fungovat běžně jako třeba dnes funguje myčka na nádobí.

Zde jsou důvody, proč toto nadšení nesdílím. Nejprve zásadní rozdíl mezi jadernou fúzí (A) a jaderným štěpením (B):

A. Jaderná fúze, jejíž nejsnazší (a jediná dnes rozumně realizovatelná) DT reakce je sloučení deutéria s uměle vyrobeným triciem za vzniku hélia a neutronu, produkuje 17 MeV energie. Při pěti nukleonech (2 deutérium a 3 tricium) "paliva" je to něco přes 3 MeV uvolněné na jeden nukleon. 14 MeV z oněch 17 MeV (tj. přes 80 procent) si odnáší elektricky neutrální neutron, který "někde" (náhodně v prostoru fúzního reaktoru čí mimo něj) tuto energii předá a pak "někde" (opět náhodně v prostoru fúzního reaktoru či mimo něj) za vzniku potencionálně radioaktivního prvku zanikne (tj. vzniká jedno radioaktivní jádro "odpadu" na 17 MeV uvolněné energie). Ono "někde" je klíčové, protože tam se energie musí odebrat - a toto "někde" dodnes nikdo nevyřešil.

B. Oproti tomu jaderné štěpení generuje přibližně 200 MeV energie obyčejně při rozštěpení jednoho jádra uranu 235. To za vzniku dvou těžkých radioaktivních jader a průměrně 2 až 3 neutronů. Zde naopak přes 80 procent energie mají ona těžká jádra, která tuto energii předají přesně v místě rozštěpení uranu (tedy v palivovém proutku jaderného reaktoru). Uvolňuje se méně než 1 MeV na jeden nukleon paliva (při 235 nukleonech uranu je to 200 MeV na 235 nukleonů), tedy více než 3x méně než u fúze, a vzniknou při jedné reakci 3 až 4 radioaktivní jádra "odpadu" (2 štěpné produkty a 1 až 2 neutrony způsobující aktivaci, poslední neutron je použit při štěpné řetězové reakci) - tedy jedno radioaktivní jádro odpadu na přibližně 50 MeV uvolněné energie.

Takže ve srovnání to mezi fúzí a štěpením vypadá následovně: 

1. Fúze má vyšší hustotu energie než štěpení. Tvůrci vodíkové bomby si toho jsou velmi dobře vědomi.

2. Uranu je na světě hodně a je celkem levný (dnes cca 60 USD/kg), deuteria je na světě též dostatek, je cca 10x dražší než uran. Tricium je umělý prvek, který se rozpadá a může být vytvářen pouze v jaderných reaktorech (což se děje pro vojenské účely). Tricia je ukrutně málo. Až se rozběhne testovací fúzní reaktor ITER, za 3 měsíce svého provozu spotřebuje všechny světové zásoby tricia (i ty vojenské, pokud by snad vojáci chtěli podporovat "mírovou" vědu). Výroba tricia v samotném fúzním reaktoru je chiméra, které nevěří nikdo, kdo někdy za pomocí neutronů něco experimentálně aktivoval. 

3. Jaderná fúze produkuje 3x více radioaktivního odpadu než štěpení. Tento odpad je aktivovaný materiál fúzního reaktoru a není dobře ani lokalizován, ani není zapouzdřen. 

4. Odvod tepla a následná přeměna na elektrickou energii je u fúze, oproti štěpení, nevyřešený problém, protože zdroj tepla u fúze není přesně lokalizován. Řešení tohoto problému neexistuje ani v návrhu, natož v prototypu.

5. Fúzní reakce potřebuje kontinuální přísun nového paliva a odklizení "spáleného" odpadu. Toto v komerčním provozu (třeba 300 dní v kuse jako při štěpení v jaderném reaktoru) nikdo nejen nepostavil, ale ani nenavrhl.

6. Dnes zkoušené 2 postupy dosažení řízené fúze (tokamak a laserové zažehnutí) se cenou či spolehlivostí nedostaly ani na úroveň dnes haněných dotovaných větrníků či solárních panelů. 

Bod 1 je jasná výhoda fúze nejen oproti štěpení, ale oproti všem zdrojům energie. V tom je fúze neporazitelná. Body 2 až 6 nazveme dnes moderně "výzvami". Byly to výzvy minulých 50 let a neřešenými výzvami zatím zůstávají. Problémy 2, 3 a částečně 4 by odpadly, kdyby se podařilo použít místo DT reakce například DD reakci, to je na fyzicích. Problémy 4, 5 a 6 jsou inženýrské. 

Lockheed Martin přišel s variantou tokamaku, ovšem následný obrázek mě o řešení výzev 2-4 nepřesvědčuje. Možná by mohl řešit problém 5. Ale vůbec neuvažuji o výzvě 6…

Proč tedy státy dávají na výzkum fúze přibližně 10x více peněz než na štěpení, když to nikam nevedlo? Ale ono to k něčemu vedlo. Viz bod 1. Nejlepší vědce z "mírového" výzkumu fúze si monitoruje, a pak stahuje armáda na vývoj vodíkových bomb. Vím, o čem mluvím. Takhle mi vojáci odchytli mé dva nejchytřejší americké studenty v Texasu. A určitě si nikdo nemyslí, že nejlepší světoví odborníci na fúzi s Q-prověrkami pojedou zkoumat tokamaky a lasery mimo státy s vodíkovými bombami (třeba, že se přestěhují z LLNL do ELI). Pokud někdo staví fúzní zařízení ve státě, který nemá jaderné zbraně, nepochopil dnešní svět. A jen tak mimochodem - Lockheed Martin JSOU VOJÁCI.

Fúzi ve výzkumu ovšem nehaním. Poskytovala, poskytuje a určitě mnoho let bude poskytovat  mnoho zajímavých a vyzývavých problémů. A tak fúzi též, za evropské peníze, zkoumám. Inu: hloupý, kdo dává; hloupější, kdo nebere.