Po třech letech intenzivního výzkumu a projektových prací se to podařilo: na počátku letošního září vědci z amerického Massachusettského technologického institutu (MIT) a startupové společnosti Commonwealth Fusion Systems (CFS) oznámili, že se jim povedlo uvést do provozu obrovský vysokoteplotní supravodivý elektromagnet o síle pole 20 tesla. Bylo tak vytvořeno nejsilnější umělé magnetické pole, jaké kdy na Zemi existovalo. Tento vědecký úspěch by měl přispět k pokroku ve snahách o vybudování fúzního jaderného reaktoru.
„Fúze je v mnoha ohledech tím nejzazším možným zdrojem čisté energie,“ řekla Maria Zuber, viceprezidentka pro výzkum na MIT a profesorka geofyziky: „Množství energie, které by bylo takto dostupné, by skutečně změnilo pravidla hry. Palivo potřebné k fúzní výrobě energie totiž pochází z vody a Země je plná vody – je to téměř neomezený zdroj,“ doplnila.
Vývoj magnetu, který by dokázal pohánět jadernou fúzi, je momentálně tou největší technologickou překážkou v uskutečňování tohoto plánu. Nyní ale lze věřit, že díky nové technologii magnetů je spolupráce MIT a CFS na dobré cestě k vybudování prvního fúzního zařízení na světě, které dokáže vytvářet a kontrolovat plazmu, jež vyprodukuje více energie, než spotřebuje. Zařízení nazvané SPARC by mělo být dokončeno v roce 2025.
„Výzvy při uskutečňování fúze jsou jak technické, tak vědecké,“ upozorňuje Dennis Whyte, ředitel Centra pro plazmu fúzi při MIT, které spolupracuje s CFS na vývoji technologie SPARC. Jakmile se však podaří doladit tuto technologii, bude to podle něj „nevyčerpatelný, bezuhlíkový zdroj energie, který můžete vybudovat kdekoli a kdykoli“.
Slunce v láhvi
Jaderná fúze je proces, který je „pohonem“ Slunce. V podstatě v něm jde o to, že sloučením dvou malých atomů vznikne atom větší a při tom se uvolní ohromné množství energie. Nastartování tohoto procesu však vyžaduje tak vysoké teploty, že jim nedokáže odolat téměř žádný pozemský pevný materiál. K vytvoření slunečního zdroje energie zde na Zemi je totiž nutné, aby substance dosáhla teploty 100 000 000 ⁰C nebo i více a aby byla zcela izolována od svého okolí.
Tohoto stavu lze dosáhnout pouze vytvořením velmi silných magnetických polí, které si lze představit jako jakousi neviditelnou láhev, jež obsahuje horkou vířící polévku protonů a elektronů, nazývanou plazma. Protože částice mají určitý elektrický náboj, je možné je ovládat magnetickým polem. Nejpoužívanější nádobou je v dnešní době zařízení ve tvaru donutu zvané tokamak. Většina těchto zařízení až dosud vytvářela svá magnetická pole pomocí konvenčních elektromagnetů vyrobených z mědi. Jeho nejnovější a největší verze, která momentálně vzniká ve Francii, bude používat nízkoteplotní supravodiče.
Hlavní inovací projektu je použití vysokoteplotních supravodičů, které umožňují vytvoření mnohem silnějšího magnetického pole v mnohem menším prostoru, než tomu bylo dosud. S konvenčními nízkoteplotními supravodivými magnety by odpovídajícího výkonu bylo možné dosáhnout v zařízení 40krát větším. Novou konstrukci magnetů umožnil zcela nový druh supravodivého materiálu – ocelová „páska“ potažená sloučeninou známou jako YBCO (yttrium-barium-copper oxide). Tato páska by měla přinést značné konstrukční zjednodušení, a tudíž i mnohem rychlejší stavbu fúzních zařízení. V důsledku by mohlo dojít k velmi výraznému snížení celkových nákladů na takovéto projekty.
Fúze na dosah
„Je to opravdu velký okamžik,“ uvedl Bob Mumgaard, generální ředitel CFS, a dodal: „Nyní máme v rukách platformu, která je díky desítkám let vědecké práce velmi vyspělá a je také velmi zajímavá komerčně. Díky ní budeme moci vytvářet fúzní zařízení rychleji, s menšími rozměry a s nižšími náklady.“
„Realizace supravodivého magnetu si vyžádala hodně práce, během níž jsme vyvinuli řadu jedinečných výrobních postupů a zařízení. Díky tomu jsme nyní dobře připraveni zahájit výrobu testovacího zařízení SPARC,“ řekla Joy Dunn, vedoucí provozu CFS, a upřesnila: „Začali jsme s fyzikálním modelem a návrhem v CAD. Následně jsme prošli mnoha vývojovými a prototypovými fázemi, abychom z pouhého návrhu vytvořili skutečný fyzický magnet.“ To si vyžádalo vybudování rozsáhlých výrobních kapacit a testovacích zařízení, včetně komplikací s dodavateli již zmíněné supravodivé pásky. Vědci přitom dlouho pracovali souběžně se dvěma koncepcemi magnetů. Ve své konečné podobě se magnet skládá z 16 desek, z nichž každá by sama o sobě byla nejsilnějším vysokoteplotním supravodivým magnetem na světě.
„Před třemi lety jsme oznámili plán vybudovat magnet o síle pole 20 tesla, který bude potřeba pro výstavbu budoucích fúzních zařízení. Tohoto cíle bylo nyní dosaženo, přesně podle plánu a pandemii navzdory,“ shrnul mimořádný vědecký úspěch Bob Mumgaard.
