Fúzní systém Z-pinch v laboratoři. Kredit: University of Washington.

Jaderná fúze slibuje příchod science-fiction do všedního dne. Zkrotit energie Slunce ale není jen tak. Vyžaduje to pozoruhodné nasazení vědců i inženýrů, ohromné finanční prostředky i nezdolný optimismus. Na druhou stranu, k vytouženému cíli směřuje více cest a zatím je velmi otevřené, kterou z nich se lidstvo nakonec dostane ke svatému grálu fúze. V dnešní době se hodně pozornosti dostává klasickým tokamakům a také úchvatně mimozemským stellarátorům. Jsou ale i jiné, méně prošlapané, ale neméně fascinující cesty.

Tým fúze Z-pinch. Uri Shumlak zcela vpravo. Kredit: University of Washington.

Na americké University of Washington věří dnes poměrně exotické technologii Z-pinch (známé též jako zeta pinch). Tokamaky i stellarátory udržují plazma pro fúzní reakce v magnetických nádobách, čili v monumentálních a komplikovaných magnetických polích. Jak ale říká Uri Shumlak z týmu University of Washington, tenhle přístup má své problémy a nikoliv malé. Fúzní zařízení s magnetickými nádobami musejí být poměrně velké a jsou tudíž i velmi nákladné. Taková zařízení jsou také citlivá na poškození neutronovým zářením, což znamená nezbytné stínění, další nárůst velikosti a samozřejmě také ještě vyšší finanční náklady.

Shumlak a jeho kolegové proto pracují na fúzním systému, který udržuje plazma jinak. Jde o takzvané inerciální udržení, kdy se zařízení snaží dosáhnout takových podmínek (především hustoty), aby materiál neexpandoval předtím, než dojde k fúzní reakci. Plazma je vlastně udržováno jen svou setrvačností (anglicky inertia), která mu brání v rychlé expanzi, a také svým vlastním elektromagnetickým polem. I tenhle přístup pochopitelně má svá slabá místa. Pokud se v plazmatu objeví nestability, tak plazma rychle zasáhne stěny zařízení a zhroutí se. Jinak je ale technologie Z-pinch v současné době považovaná za černého koně fúzního dostihu, hlavně kvůli tomu, že Z-pinch systémy jsou mnohem jednodušší a menší než tokamaky nebo stellarátory.

Starší zařízení typu Z-pinch v laboratoři (1986). Kredit: Sandpiper / Wikimedia Commons.

Od samotného počátku vývoje, což je již neuvěřitelně dávno, v poklidných padesátých letech, pronásledují technologii Z-pinch problémy s nestabilitami při udržení plazmatu. Hlavně proto se technologie Z-pinch dostala na vedlejší kolej a hlavní proud fúzní energetiky se od té doby moří s tokamaky a jejich sci-fi tvarovanými bratříčky stellarátory.

Shumlak a spol. to ale s technologií Z-pinch nevzdali. Věří, že našli způsob, jak zatočit s problematickými nestabilitami v plazmatu. Jejich vylepšení je založené na využití proudění plazmatu, především pokud jde o smykové osové proudění (sheared axial flows). Takové proudění totiž stabilizuje plazma a zabraňuje vzniku nestabilit. Jeho možné využití při fúzi se zkoumá už dlouho. Ale tým University of Washington teď jako první hlásí, že získali důkazy produkce fúzních neutronů v zařízení Z-pinch se stabilizovaným plazmatem. Díky stabilizaci udrželi plazma 5 tisíckrát déle než statické plazma a dokázali pozorovat energetické neutrony, které by měly být projevem jaderné fúze.

Badatelé jsou úspěchem s technologií Z-pinch nadšeni. Zároveň ale podle všeho krotí svůj optimismus. Zařízení Z-pinch mají „nestabilní“ historii a vlastně celý výzkum a vývoj jaderné fúze je očividně „nestabilní“. Vše ale nasvědčuje tomu, že o technologii Z-pinch ještě uslyšíme.

Video:  UW_Spinout_Zplasma


Video: Z-pinch - Video Learning - WizScience.com


Literatura
University of Washington 5. 4. 2019, Physical Review Letters 122: 135001, Wikipedia (Termonukleární fúze).