Útroby fúzního experimentu v NIF. Kredit: Damien Jemison/LLNL.

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. Kredit: LLNL.

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.

Srdce NIF, Target Chamber. Kredit: Lawrence Livermore National Security.

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

ARS Technica 16. 11. 2022.

Nature Physics online 14. 11. 2022.