Navzdory mnoha úspěchům a svižnému technologickému pokroku je fúzní energetika stále spíše jen vzdáleným snem. Fyzici a inženýři to nevzdávají, ale musejí čelit ohromujícím překážkám, které se objevují jedna za druhou. Nejnovější z nich je zjištění nešťastných badatelů, že při laserem zapalované fúzi dochází k nečekanému problému. Když plazma začne „hořet“, změní se jeho fyzikálního chování. A nikdo neví proč.
Ed Hartouni z laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory s početným týmem kolegů zjistili, že experimenty v americkém centru extrémních laserů National Ignition Facility (NIF) vykazují matoucí výsledky. V NIF pracují na zásadním kroku laserem zažehované fúze, tedy právě na zapálení fúzního paliva mocným pulzem výkonných laserových paprsků. Teď se ukázalo, že se hořící (burning) plazma chová jinak, než plazma při zapálení (ignition). V tuto chvíli není po ruce žádné rozumné vysvětlení.
Jde o experimenty, při nichž jako palivo slouží směs deuteria a tritia. Při fúzi dojde k jejich splynutí do atomu helia, přičemž se vyzáří neutron a uvolní energie v podobě gama záření. Laserem zapalovaná fúze zahrnuje intenzivní „úder“ laserových paprsků do kovového terče. Zasažený kov vyzáří extrémní rentgenové paprsky, které vytvoří vlnu horka a tlaku. Působením této vlny vznikne z paliva vysokoenergetické, zapálené plazma. Za ještě vyšších energií se plazma dostane do stavu hoření, kdy vytvořené atomy helia nesou tolik energie, že mohou zapalovat okolní plazma. Fúze běží a nadbytečnou energii by v takovém případě bylo možné těžit pro naše potřeby.
Fyzici samozřejmě tyto procesy v maximálně možné míře modelují. Je to ale obtížné. Plazma se nachází v extrémních podmínkách, v podstatě jde o průběh exploze. Badatelé monitorují probíhající děje především pomocí vyzařovaných neutronů a jejich energií. Ukazuje se, že procesům mezi bodem zapálení plazmatu a bodem hoření plazmatu poměrně slušně rozumíme, hlavně pokud jde o vztah mezi teplotou a rychlostí pohybu atomů v plazmatu. Data z monitorování neutronů krásně odpovídají teoretickým předpokladům.
Jakmile ale dojde k hoření plazmatu, skončí veškerá legrace. Data o neutronech úplně vyjedou z teoretických modelů. Jak je to možné? Hartouni s kolegy krčí rameny a opatrně nabízejí čtyři možná vysvětlení: 1. neočekávané chování částic v plazmatu, 2. nepochopení chování masy plazmatu, 3. neočekávané hoření plazmatu v prostoru nebo 4. neočekávaná délka hoření plazmatu. Na první pohled to nevypadá moc dramaticky, ale podle autorů studie může jít o zásadní překážku v dosažení stabilní a fungující fúze. Držme palce.
Video: Ten Years of the National Ignition Facility: What It Took to Make NIF a Reality
Literatura
Zařízení NIF odpálilo rekordní 500-terawattový zášleh laseru
Autor: Stanislav Mihulka (13.07.2012)
Americké zařízení NIF je na pokraji významného fúzního milníku
Autor: Stanislav Mihulka (18.08.2021)
Podrobné informace o dosažení inerciálního zapálení fúze v zařízení NIF
Autor: Vladimír Wagner (26.08.2022)
Diskuze:
Rádioaktívna plazma
Z Z,2022-11-24 12:04:53
Pokiaľ sa plazma, v ktorej prebieha jadrová fúzia, správa výrazne odlišnejšie ako iná plazma s podobnou teplotou, tak to bude veľká komplikácia pre tokamaky a stelátory, kde sa očakávalo, že po pokusoch s nerádioaktívnou plazmou ju stačí len zameniť za plazmu, v ktorej bude prebiehať fúzia a bude to generovať energiu.
Rozhovor i o fúzi
Petr Vojvodik,2022-11-20 20:13:24
Timm Ellis se rozpovídal. Nejem o svých raketách, ale mají tisknout díly pro fúzní elektrárnu a fuzní pohon ve vesmíru.
Proto ten optimismus.
https://payloadspace.com/interview-relativity-tim-ellis/
Prečo ten pesimizmus?
Vladimír Bzdušek,2022-11-20 18:48:04
Stačí predsa vyhlásiť, že fúznu elektráreň už majú. To že neprodukuje elektrinu predsa nie je podstatné. Možno raz bude. Či?
Nevíte někdo,
Mirek Bárta,2022-11-19 17:43:00
jak pokračuje zajímavá idea Australanů (společnost HB11 Energy), kteří s pomocí laseru spustili termojadernou fúzi mezi vodíkem a borem-11, při které vznikají alfa částice, které vlastně představují samy o sobě využitelný elektrický proud a kdy by se vlastně nepotřebovaly ani tepelné výměníky ani parní turbíny?
Zdá se ale, že ani tokamaky nejsou mrtvé. Různé laboratoře se předhánějí v tom, které se podaří zahřát plasmu na vyšší teplotu a na delší dobu (a to ještě nefunguje ITER). Tam nejsou potíže popisované v článku?
Re: Nevíte někdo,
Jirka Naxera,2022-11-19 18:56:56
Tak k té fůzní části HB11 se nebudu vyjadřovat, tam může říct kvalifikovaný názor pan prof. Wágner, pak dlouho nikdo a možná ještě bůh, ale k té poslední části (přímá konverze alfačástic s řádově MeV hybností na energii), jo, souhlasím s jejich webem, že kdyby všechno ostatní fungovalo, tak zkonvertovat stejnosměrných 1,4MV na něco použitelného bude dost velká čelenž sama o sobě. Ono ani si moc dobře nedovedu představit, jak tam i při relativně nízkém výkonu vůbec udržet dostatečné vakum, aby se těch víc než megavolt okamžitě hned zase nevybilo. Ale třeba se pletu, a nějak ty alfy jde bezpečně zachytit, aniž by se cokoli nabitého uvolnilo dovnitř, i když sice relativistické nejsou, ale moc nechybí, a sila chemických vazeb je o hezkých pár řádů nižší (a ionziační energie vlastně taky)
ad Tokamaky - z toho mála co vím, tak jde o jiný princip. Laserem se v reaktoru vytvářejí miniaturní vodíkové bomby (a to naprosto shodným způsobem, jako ty velké - radiační implozí, až na to, že u bomby je zdrojem energie štěpný primár, kdežto tady silné lasery, v obou případech jde zjednodušeně o to dosáhnout, aby se to stlačilo dost na to, aby toho stihlo co nejvíc zfůzovat, než se to roztrhá.
Zatímco u Tokamaků, Stellátorů etc jde o to udržet stabilní fůzující plasmu co nejdéle
Re: Re: Nevíte někdo,
Mirek Bárta,2022-11-19 19:47:30
Dík za názor.
Píšete "zkonvertovat stejnosměrných 1,4MV na něco použitelného bude dost velká čelenž sama o sobě." Já vím, 1,4 MV je podstatně víc než 1 MV, ale Číňani přenášejí na více než 3000 km stejnosměrně výkon při napětí o málo větším než 1 MV, který pak mění na střídavý proud. Ty obrovské měniče prý dodal Siemens. To muselo být jistě pro Siemens náročné, když v samotném Německu taková napětí nejsou používána.
Re: Re: Re: Nevíte někdo,
Eva M,2022-11-21 08:31:26
"Číňani přenášejí na více než 3000 km stejnosměrně výkon při napětí o málo větším než 1 MV, který pak mění na střídavý proud." --- no a nemohlo by s energetikou pro začátek nějak pomoci toto, když už je to vyřešený? /jen laický nápad/
Re: Re: Re: Re: Nevíte někdo,
Mirek Bárta,2022-11-21 09:20:10
To by nepomohlo.
Stejnosměrné přenosy se používají hodně výjimečně, aby se předešlo ztrátám při střídavém přenosu. Cena obrovských měničů/transformátorů je v takovém případě velká a musí se to tedy celkově ekonomicky vyplatit. To se u stejnosměrného přenosu vyplatí jen při přenosu opravdu velkého výkonu na velkou vzdálenost.
Re: Re: Nevíte někdo,
Petr Vojvodik,2022-11-20 15:43:58
Pan Wagner se odmlčel, když jsem se jej ptal na optometrické algoritmy a jejich použití u
https://tae.com/the-future-looks-bright/
Asi se je snaží to aplikovat na castor 2.
AI s těmito algoritmy dělá zázraky.
Mimochodem TAE řeší i odběr alfa náboje z fúze.
Pro pana Wagnera zajimavý článek, který jsem nedávno cetl.
http://www.weforum.org/agenda/2022/07/clean-energy-future-relationship-to-grid-must-change/
Musí se změnit přenosová soustava.
Re: Re: Re: Nevíte někdo,
Jirka Naxera,2022-11-20 18:14:49
Spíš bych se zeptal - mají nějaké reálné výsledky? V FAQ se akorát chlubí, kolik co stojí, kolik patentů za tím je, a (pro ucho investorů) optimistických 2030 na komerční fůzi.
Ale jediný zajímavý údaj jsem našel, že jejich reaktor _spotřebovává_ 750MW. Navíc jako spolehlivý zdroj beru tenhle blog, a tady loni o nich nebylo vůbec nic http://backreaction.blogspot.com/2021/10/how-close-is-nuclear-fusion-power.html což moje pochybnosti ještě posiluje. (až se mi podaří přesvědčit Patreon, že mám novou kreditku, tak kouknu do diskuse, jestli něco nepadlo tam)
ad WEForum - Tohle mě na lidské civilizaci nepřestává udivovat. Jak si posloucháním hlupáků zaděláme na pořádněj problém, kterej pak složitě, nesmyslně draze a ve stylu drbeme se levou zadní za uchem zkoušíme řešit, pžičemž se na celé srandě napakuje pěkná řada šmejdů.
Slovy Věry P. "Já bych všechny ty protiatomové aktivisty zakázala."
Re: Re: Re: Re: Nevíte někdo,
Petr Vojvodik,2022-11-22 01:10:52
No jo, nejspíš jste obkolesen svou infobublinou. To se tak lidem stává. Vsichni jsou kolem vás hlupáci a aktivisté? Možná by vám pomohlo cersvé povětří.
Hold někdo umí a někdo čumí...
Re: Nevíte někdo,
Oldřich Vašíček st.,2022-11-20 18:46:17
Poněkud jsem nepochopil princip HB11. Uvádějí přímé využité náboje jader He vzniklých fúzí ve formě vysoceenergetického plazmatu. Plazma, jako samostatný stav hmoty, je vlastně směs volných elektronů uvolněných z orbitů jader nějakou vnější energií. Tzn. plazma obsahuje jak kladné (jádra atomů bez elektronů) tak záporných (elektronů) částic. Tyto částice mají takovou "pohybovou" energii, že se neudrží ve vzájemné vazbě. I když v této "polévce" vznikne sloučením jader izotopů vodíku (případně dalších) jádro jiného prvku, tak tato směs obsahuje i odpovídající počet elektronů = navenek je neutrální.
Jak z takové směsi chtějí těžit stejnosměrný proud? Není výhodnější využití Beta rozpadu, kdy vznikají přímo elektrony? Případně využít dynamiku plazmatu, jakožto elektricky nabité hmoty, při průchodu magnetickým polem k indukci elektrického proudu - Reaktor Helion(https://www.osel.cz/12015-helion-energy-slibuji-fuzni-reaktor-vyrabejici-elektrinu-jiz-v-roce-2024.html)?
Re: Nevíte někdo,
Pavel Pesek,2022-11-21 18:35:36
Tady jde o to, ze je potreba tem casticim, ktere vzniknou pri fuzi, tu energii nejak odebrat. A pro nabite castice to jde lepe v tom smyslu, ze mohou primo indukovat napeti do nejake civky svym pruletem. Ale porad je to otevrena vec, protoze nesmi doletet ke stenam reakturu, jinak ho zacnou materialove rozrusovat. To je problem i Tokamaku. Jak bezpecne odvest energii.
Re: Re: Nevíte někdo,
Jirka Naxera,2022-11-21 20:32:23
Tak voni to "mají vyřešeno elektrostaticky", alespoň teda na webu.
Stěnu reaktoru nabijou na cca 1.4MV, čímž ty ionty zpomalí a pak je standardně bez větších efektů pochytaj. (No když tak nad tím uvažuju, tak ona by se to asi nabilo dost rychle samo, kdyby na to dopadaly kladné ionty) a pak jen odvádějí stejnosměrnou zelenou energii.
Na pár zajisté nesmyslných otázek tam neodpovídají:
- Jak to sakra dělaj, že fůzní plazma zázrakem neuvolňuje také elektrony? Které by to urychlilo na oněch 1.4MeV, což je poněkud více než nemálo, když to pak dopadne na anodu.
- Teplota fůzního plasmatu (a tedy i tepelný pohyb fůzujících jader v něm) jsou cca desítky keV. Jak to sakra dělají, že ty vylétající alfy mají přesně stejnou energii když jim dopadají, zvlášť když stačí na ionizaci jakéhokoli materiálu pár možná desítek elektronvoltů, a získaný proud nepoteče venkem do spotřebičů, ale vnitřkem, hezky přímo do fůzujícího středu včetně nějakého toho železa nebo z čeho je ta anoda dělaná.
Re: Nevíte někdo,
Z Z,2022-11-24 11:57:03
Pokiaľ ešte neexistuje žiadna fúzna elektráreň, tak je značne predčasné jej už teraz "vylepšovať" účinnosť.
To ako keby keby bezdomovec rozmýšľal, ako účinne zateplí svoj palác.
Aj fúzna elektráreň s "historickým" parným medzistupňom je niečo oveľa viac, než teraz máme.
,2022-11-19 17:36:40
Je beze sporu pravda, ze vyzkum plazmatu je vyzkumem chaotickeho chovani.Nicmene Tokamaky se zdaji, ze to zacinaji zvladat. Takze zase takova priserna zahada to nemuze byt.
Příležitost
D@1imi1 Hrušk@,2022-11-19 14:51:13
"..podle autorů studie může jít o zásadní překážku v dosažení stabilní a fungující fúze.."
Není to spíš skvělá příležitost pro fyziky pochopit nové souvislosti, které jim dosud unikaly?
Jak ten čas letí...
Mirek Bautsch,2022-11-19 11:26:30
Moje vnoučata začínají dorůstat do věku, ve kterém jsem já sám, kdysi dávno, začal číst o brzkém využití fúze coby nekonečného zdroje energie.
Tak snad se toho dožijí :-)
Repetálek Kuzma,2022-11-19 10:53:35
Já jsem to říkal, už dávno, to nikdy fungovat nebude. Větší pes šuká. Na slunci to funguje taky chaoticky, ne? Na Hnědém trpaslíku je do x% protože je trpaslík, myslet si, že budu udržovat plasmu v trubce magnetem a pomocí PC předpovídat budoucnost kam mi ta plasma prošlehne je scifi.
Re:
Martin Slaba,2022-11-19 12:32:56
A člověk nemůže přežít rychlost vyšší než 50km/h a těleso těžší než vzduch nikdy nemůže létat, že? :-)
Slyšel jsem počítač samočinně objednat klienta k holiči, odhadnout plasmu zvládne taky.
Re: Re:
Josef Hrncirik,2022-11-19 13:21:25
Uvidíte, že samočinný po čítač Nás brzičko Velkou Pákou oholí na Burse.
Re: Re:
M. J.,2022-11-19 21:18:44
Řekl bych, že pan Kuzma má asi pravdě nejblíže, není nutno se mu ironicky vysmívat... Toto není o klasické mechanice ale o podstatě hmoty (a času)! Všichni teoretičtí a plazmoví fyzikové zapomínají na jednu podstatnou sílu, kterou neumíme generovat a která tam hraje jednu z hlavních rolí. Proč termonukleární výbuch udělá "bum" a energie se rozptýlí do okolí, neudržuje se sama neustále na místě, prostě skončí, vyhoří...? No, už vám to docvakává?
Re: Re: Re:
Jirka Naxera,2022-11-20 01:38:44
Tak s tou podstatou hmoty a času jste pěkně vedle. Na spuštění fůze potřebujete něco v řádu 10^4-10^5 eV, získaná energie je z toho něco kolem 10^7eV, maximum co umíme dosáhnout je 10^13eV (LHC), a o podstatu času jak píšete začíná jít na Planckově škále, to jest 10^28eV.
Právě naopak s trochou nadsázky ten problém s fůzí je právě v tom, že se o žádnou podstatu hmoty a času nejedná, že ty teploty jsou takové nanejvýš vlažné, takže v plasmě k nelibosti každého, kdo jí chce jakkoli modelovat, reaguje prakticky všechno se vším.
Navíc i bez té gravitace lze uskutečnit fůzi, která nebouchá, a dokonce která vygeneruje víc energie než dodáte (no, když započítáme i vývěvu, tak už si tak jistej nejsem) https://en.wikipedia.org/wiki/Fusor - tam je zejména problémem to, že z toho žádný významnější výkon nemáte jak vytáhnout.
BTW nevím jak Vy, ale já teda gravitaci generovat umím, od doby Covidové o dost silnější, než bych si přál...
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
