Zvětšit obrázek

Obraz deuteriových iontů na stínítku.

Když se řekne „jaderná fúze“, většině lidí se neurčitě vybaví nějaké strašidelně mohutné zařízení, které při troše nepozornosti rozmetá sebe i přilehlé okolí. Přesný význam tohoto sousloví je ale jen suchý opis faktu, že jádra dvou atomů se spojila v jedno. Jak je možné k tomu jádra donutit? Jádra mají kladný náboj a při vzájemném přiblížení se začnou silně odpuzovat (potenciálová bariéra). Je proto nutné je proti sobě vyslat s dostatečnou energíí.

Zvětšit obrázek

Nejenom tokamaky živá je fúze...

Nejznámější je asi termojaderná fúze, kde je energií potřebnou k překročení potenciálové bariéry přímo tepelný pohyb atomů, resp. jejich jader. Miliardy let takto fungují hvězdy. Co zatím umí člověk – kromě vodíkové pumy?

Většina z nás se asi doslechla o tokamaku (zařízení, kde je horké plazma drženo v toroidní komoře magnetickým polem), který má – zatím asi jako jediný - slušné vyhlídky jednou živit elektřinou naše pračky a holicí strojky. Pro účely produkce neutronů, rentgenového záření, pro studium samotného procesu fúze nebo vojenské výzkumy existují pulzní zdroje plazmatu (pinče, plasma fokusy), laserem ostřelované terčíky nebo magneticky implodované nádobky. Urychlovače částic spojí (nebo rozbijí) téměř kterákoliv jádra i proti jejich vůli.

Zvětšit obrázek

Základní uspořádání „pyrofusoru“.

Poměrně jednoduché je inerciální elektrostatické udržení (IEC) v tzv. fusoru, kde jsou ionty deuteria urychlovány elektrickým polem do centra systému dvou do sebe vnořených dutých sítěk, nabitých na vysoké napětí. „Fusor“ si postavilo i několik amatérů, vejde se do jídelního stolku a  je vyráběn též komerčně jako zdroj rychlých neutronů (milony za sekundu).

Ještě řádově menší rozměry asi může mít i ohlášená „pyrofúze“, která vyšla v dnešním čísle časopisu Nature. Jde o principiálně jednoduchý systém pracující za pokojové teploty – nezaměňovat ovšem se zprofanovanou a nepotvrzenou studenou fúzí! Ji ostatně jeden z autorů „pyrofusoru“, Seth Putterman, kdysi pomáhal rozebírat na cucky...

Základem je tu pyroelektrický krystal LiTaO3. Podobně jako piezoelektrický krystal reaguje na tlak vznikem elektrického napětí na jeho plochách, pyroelektrický krystal reaguje na změnu teploty (zmrazí se a postupně ohřívá na pokojovou teplotu). Na povrchu krystalu je měděná elektroda s wolframovým hrotem. V popisované aparatuře takto může vzniknout na jeho povrchu napětí až 120 kilovolt, což v okolí špičky hrotu vytvoří extrémně silné elektrické pole. V komoře je deuterium o nízkém tlaku. Když se atom deuteria ocitne blízko špičky wolframového hrotu, elektrické pole ho „oholí“ o jeho elektron a jádro (iont) je odmrštěno s velkou energií pryč. Když se mu postaví do cesty terčík z deuteridu erbia (ErD2), může se stát, že iont narazí do jiného jádra deuteria tak, že se s ním sloučí na jádro helia 3 a neutron. Reakcí vzniklé neutrony se dají měřit obvyklými radiometrickými metodami. Indikátorem, že neutrony vznikly fúzí, je jejich energie, typická pro danou jadernou reakci. Vzniká také jisté množství rentgenového záření. To vše u aparátku, který by se i se zdrojem vešel do větší krabice.

Zvětšit obrázek

Pyrofusor se svými otci v pozadí. Zleva: Seth Putterman, Brian Naranjo a James Gimzewski.

Už „prototyp“ dává 900 reakcí za sekundu, přičemž autoři předpokládají, že lepším chlazením krystalu a použitím tritia by mohli produkci zvýšit na hodnoty tisícinásobně vyšší. O využití pro produkci energie pochopitelně nemůže být ani řeč, výkon zdroje se počítá v pikowattech, přičemž pyroelektrický krystal si tepla z okolí bere o mnoho řádů více. Zdroj zřejmě půjde dost snadno miniaturizovat a dá se spekulovat o tom, že by takto šlo například ozařovat nádory „na povel“ podobným zařízením voperovaným pacientovi do těla. Velká rychlost iontů, které odlétají od hrotu, by se dala využít v motorech kosmických sond. Různé analytické metody by mohly využít řízené intenzity produkovaných neutronů a tím nahradit některé permanentní radioaktivní zářiče.

Pravda, nejde o principiálně převratný objev. Je to v zásadě jistý druh tzv. polního mikroskopu (kde jsou atomy inertního plynu stejně jako zde ionizovány a urychlovány silným elektrickým polem kolem hrotu nabitého na vysoké napětí) s tím, že je jako pracovní plyn i součást stínítka použito deuterium a jako zdroj napětí krystal namísto bedny s velkým nápisem „Pozor, vysoké napětí“. Výsledkem těchto „drobných“ fíglů je ovšem věcička, o které dost možná ještě uslyšíme.

Hlavní zdroje:
Physics News Update, No. 729 #1, 27.4.2005, http://www.aip.org/pnu/2005/split/729-1.html
news@nature.com, http://www.nature.com/news/2005/050425/full/050425-3.html
Nature 434, str.1115-1117, 28.4.2005, http://www.nature.com/nature/journal/v434/n7037/abs/nature03575.html (autor článku měl k dispozici jen abstrakt)