Srpen 2004

Státy se přou, kde se rozzáří umělá hvězda

Martin Uhlíř

Zdá se, že to půjde, říká o získávání energie z termojaderné reakce český fyzik Jan Mlynář. Výzkum ale komplikují spory mezi Evropou a Japonskem o to, kde bude stát pokusný reaktor. Pomůže jen zásah pekla jako před lety?

Napodobit proces, díky němuž září hvězdy, a získávat neomezené množství energie z obyčejné mořské vody. Právě o to usilují lidé, kteří se pokoušejí ovládnout termojadernou reakci. Úspěch je otázkou příštích 40 let a nikdy tomu nebude jinak, žertují někteří skeptici.

Přesto existuje důvod k optimismu. Odborníci se v posledních letech naučili lépe kontrolovat plazma v nitru magnetických pastí zvaných tokamaky. Příroda se k nám zachovala vstřícně a nabídla nám možnost, jak zabránit tomu, aby turbulentní plazma rychle vychladlo a ztratilo energii. Díky tomu se dnes zdá, že by se Slunce skutečně mohlo rozzářit i na Zemi a nemuselo by to být zrovna v podobě vodíkové bomby.

Horší překážkou mohou být turbulence na politické scéně. Abychom definitivně zjistili, zda "pozemské slunce" skutečně může vyrábět energii, potřebujeme maličkost: postavit nový tokamak, který by byl podstatně větší než všechny současné. Jeho cena bude astronomická, ale v tom by takový problém nebyl. Ochota politiků platit stoupá úměrně tomu, jak roste touha západní civilizace zbavit se závislosti na arabské ropě. Horší je, že se státy pohádaly o to, kdo bude mít tu čest stát se hostitelskou zemí.

Jakým technickým a politickým problémům nyní fyzikové čelí? Co můžeme od plánovaného tokamaku ITER očekávat a kdy by mohl být dokončen? Bude termojaderná elektrárna skutečně tak ekologická, jak se tvrdí? Lidovým novinám odpověděl na tyto otázky český fyzik Jan Mlynář, který pracuje na tokamaku JET v Británii, v současnosti největším zařízení svého druhu na světě. Do Prahy přijel na mezinárodní sympozium o fyzice a technice plazmatu.

LN: Patříte k vědcům, kteří se pokoušejí zkrotit "energii hvězd". Kdyby se to podařilo, mělo by lidstvo po starostech s nedostatkem ropy či znečišťováním ovzduší. Jaký je největší problém, na který v současnosti tato snaha naráží?

Největším problémem se stává fyzika materiálů. To je překážka, která by mohla učinit konec nadějím, že se nám v dohledné době podaří ovládnout řízenou termojadernou syntézu, řízenou fúzi. Dokážeme najít takové materiály, aby vydržely čelit rozžhavenému plazmatu a snesly ten obrovský výkon, který z něj vychází? V principu to možné je. Musely by to ale být materiály natolik odolné, abychom je nemuseli měnit třeba jednou za měsíc. Měly by vydržet nejméně dva roky, pak by se termojaderná elektrárna mohla ekonomicky vyplatit. Nevíme, jestli konstrukční oceli, schopné vzdorovat obrovským silám v reaktoru, nebudou křehnout. V současných jaderných elektrárnách se to neděje. V nich ale mají neutrony nižší energii, v termojaderném reaktoru budoucnosti se setkáme s neutrony o energiích vyšších. Proto chceme postavit nejen pokusný termojaderný reaktor ITER, ale také zdroj neutronů, zařízení, na kterém budeme odděleně studovat fyziku materiálů.

LN: V bitvě o to, ve které zemi bude ITER vybudován, zůstali dva poslední finalisté: Evropa, konkrétně Francie, a Japonsko. Tito dva soupeři se ale nejsou schopni dohodnout - ani jeden nechce ustoupit. Jaký je poslední vývoj a co znamenají spory a zdržení pro vaši vědeckou komunitu?

Skutečně, jednání jsou bezvýchodná a momentálně se žádné řešení nerýsuje. Podle nejnovějších zpráv Japonci nabízejí, že zaplatí 70 procent ceny ITERu. To je překvapující, protože se státy dohodly, že nikdo nedá víc než 50 procent prostě proto, aby to byl společný experiment, ne něčí projekt, v němž by ostatním připadly jen role hostů. Existuje plán nabídnout té straně, která ustoupí, stejně atraktivní projekt - třeba ten velký neutronový ozařovač nebo péči o databáze. Například v Japonsku by tedy stál ITER a Francii by připadla veškerá správa dat. Jenže Evropská unie i Japonsko chtějí především ITER samotný. Je to prestižní záležitost, jde o to, ve které zemi se podaří zapálit první umělou hvězdu. Podobné spory existovaly už v 70. letech, když se měl začít stavět JET, v současnosti největší tokamak na světě. Tehdy se přelo Německo s Anglií. Nakonec rozhodla náhoda, zásah pekla, chcete-li. Teroristé unesli německé letadlo a Britové nabídli Němcům pomoc. Společným jednotkám obou zemí se podařila perfektní akce a rukojmí osvobodily. Němci pak ustoupili.

LN: Takže dokud někdo neunese francouzské nebo japonské letadlo, rozhodnutí nepadne?

Byl bych strašně nerad, abychom zase potřebovali zásah pekla. Copak neumíme jednat jinak? Tím, že se rozhodne, ve které zemi ITER bude stát, problémy teprve začínají. Spousta lidí přesto na toto rozhodnutí čeká, já také. Ti, kteří čekají už příliš dlouho, ztrácejí důvěru, že obor má perspektivu. Znám dost kolegů, kteří pracovali na tokamacích a už odešli nebo netrpělivě čekají, jak to dopadne. Je jasné, že bez nového pokusného zařízení se velká perspektiva nerýsuje. Jsou i takoví, kteří říkají, že do Japonska by nikdy nešli, protože tam by ITER stál na severu v poměrně opuštěné oblasti.

LN: Lze odhadnout, kdy by se ITER mohl začít stavět a kdy by mohl být dokončen?

Řekněme, že by rozhodnutí o lokalitě padlo do roka. Stavba by měla trvat 10 let. Někteří lidé říkají, že je to příliš dlouhá doba, a že kdyby opravdu záleželo na tom, abychom znali výsledky pokusů brzy, šlo by to rychleji. Jiní nesouhlasí. V každém případě by první plazma mohlo v ITERu vzniknout v roce 2015. Pak budeme muset celé zařízení vyladit, to může trvat dva roky. Někdy kolem roku 2017 bychom mohli z reakce získat více energie, než jsme vynaložili na její spuštění. Pokud vše půjde podle našich představ, pět let poté by pulsy uvolňující energii už mohly trvat několik minut, možná až půl hodiny. Pak by měl mít ITER před sebou ještě nejméně 15 let experimentálního provozu.

LN: Načež začneme stavět první termojadernou elektrárnu?

Bude to záležet také na tom, jak moc si budou politici přát, aby se za to utrácely peníze daňových poplatníků. Zatím se skutečně plánuje, že by demonstrační elektrárna mohla být spuštěna v roce 2035. Ale kdyby narostl tlak, aby to bylo dříve, třeba kvůli nedostatku fosilních paliv nebo poškozování atmosféry, dalo by se vše urychlit.

LN: Kdybychom získali z termojaderné reakce tolik energie, kolik jsme vydali na její zažehnutí, padla by důležitá psychologická bariéra. Teoreticky je to možné už dnes. Proč se o to nesnažíme?

Jestliže bychom usilovali o prolomení této bariéry, říká se jí break-even, musel by část paliva v tokamaku tvořit izotop vodíku tritium. Tokamak JET je momentálně jediný na světě, který to umožňuje. Původně byly dva, druhý se nacházel v USA, ten už ale neexistuje. Ovšem tritium je radioaktivní izotop. Tokamak JET není jaderné pracoviště jako třeba jaderná elektrárna, proto nám předpisy umožňují ozářit naše zařízení jen do určité míry. Nemáme tedy zájem používat tritium ve velkém množství. Kdybychom je pak totiž chtěli využít pro nějaké zajímavé experimenty, už bychom nemohli. Používáme jiný izotop vodíku, deuterium, je to stabilní, přírodní izotop, který není státem sledovaný. Nedochází například k žádnému ozáření trubic, ve kterých proudí. Přesto se v poslední době uvažuje o tom, že by se palivem v tokamaku JET přece jen stala směs 50 procent deuteria a 50 procent tritia. Pak by pravděpodobně bylo možné dosáhnout faktický break-even.

LN: O termojaderné energii se mluví jako o čistém zdroji. Ale to, co říkáte, příliš slibně nezní - radioaktivní tritium, neutrony o vysokých energiích... Bude termojaderná elektrárna jednou ekologičtější než současné jaderné elektrárny?

Ano, bude. Při termojaderném slučování vzniká helium, které není radioaktivní. Naproti tomu štěpné reakce probíhající v současných jaderných elektrárnách produkují transurany, vysoce radioaktivní prvky, které vydrží zářit velmi dlouho. Je pravda, že v termojaderných elektrárnách dojde k ozáření stěn reaktoru. Budeme je pak muset ukládat někam na úložiště. Fyzikové zabývající se materiály se nyní snaží vytvořit takové stěny, jejichž aktivita klesne pod státem sledovaný limit během, řekněme, jedné či dvou generací. Věříme, že s tím by se lidé byli ochotni smířit. Životní prostředí v okolí elektrárny by mohlo být ohroženo jen v případě katastrofy. Nemyslím katastrofu reaktoru, ta je v podstatě vyloučená, podobně jako je prakticky vyloučený výbuch benzinu ve spalovacím motoru. Palivo je do fúzního zařízení dodáváno průběžně a ve velmi malém množství; pokud dojde ke ztrátě kontroly, reakce vyhasne, "chcípne" stejně jako motor. Katastrofou tedy myslím třeba útok teroristů, válku nebo zemětřesení.

LN: A radioaktivní tritium?

To je největší riziko. Ovšem tritium budeme vyrábět přímo v elektrárně, odpadá tedy nutnost je převážet. Použijeme ho jen v takové formě a v takovém množství, abychom ani v případě nejhorší myslitelné havárie nemuseli evakuovat obyvatele okolí elektrárny.

LN: Před časem se diskutovalo o tom, zda v ITERu bude termojaderná reakce opravdu "hořet" sama od sebe, aniž bychom jí dodávali energii zvenčí. Některé hlasy o tom pochybovaly. Dnes už to víme?

S jistotou se neví nic. Modely ve fyzice plazmatu nejsou úplně spolehlivé, trochu se to podobá meteorologii. Nelze dělat příliš sáhodlouhé závěry z teorií. Jak se bude chovat ITER, usuzujeme podle zkušeností s těmi zařízeními, která zatím máme k dispozici. Podle posledních měření se s dost velkou rezervou zdá, že ITER bude produkovat desetkrát více energie, než kolik se mu dodá. Jestli v něm dojde k takzvanému zapálení, to znamená, jestli v něm bude moci plazma hořet samostatně bez toho, aby se dodávala jakákoli energie zvenčí, to jisté není. On se totiž ITER zmenšil, došlo k tomu v roce 1998, kdy od projektu odstoupily Spojené státy. Ty se pak sice zase připojily, ale projekt se už nerozšířil.

LN: Pokládáte za konkurenci pokusy s lasery, které mohou přinést úplně jinou cestu k ovládnutí plazmatu, než jakou nabízejí tokamaky?

Nepovažuji jiný výzkum za konkurenci, ale za běžce na stejné trati. Je možné, že lasery dosáhnou zapálení dříve než tokamaky. Jenže tam nastane jeden problém: K zapálení dojde jednorázově a pak bude hrozně dlouho trvat, než se lasery znovu nabijí. Kdyby měly vyrábět energii, musely by zasáhnout terčík ne jednou za desítky minut jako dnes, ale několikrát za sekundu. A jejich účinnost musí vzrůst řádově z procent na desítky procent.

LN: Chcete něco říci závěrem?

Termojaderná syntéza představuje dobře definovaný problém podobně jako přistání na Měsíci nebo přečtení genetického kódu. Je tu jasný okamžik, kdy začneme uvolňovat energii podobně, jako to dělají hvězdy a Slunce. Tuto výzvu nelze ignorovat. Nemůžeme říci - toto nikdy nebudeme dělat. Ta meta existuje, není jisté, jestli je pro naši současnou společnost dosažitelná, ale všechny naše výsledky naznačují, že ano. Že je to právě na hranici našich možností.

Dr. Jan Mlynář se narodil v roce 1966. Vystudoval MFF UK, dizertační práci obhájil v ústavu Fyziky plazmatu AV ČR na českém tokamaku CASTOR. Pět let pracoval na švýcarském tokamaku TCV, nyní působí na tokamaku JET v Británii, největším tokamaku na světě.

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)