Jaký smysl má výzkum jaderné fúze?

Desetiletí velikých slibů a obrovských prostředků stále proudících do výzkumu jaderné fúze. Výsledek je v mlžných dálavách dalších desetiletí. Proč nás fúzní projekt přitahuje?

I když na světě úspěšně pracuje v posledních několika letech mnoho obnovitelných zdrojů energie a stále rostoucí zájem o jejich další instalace podněcuje výzkum a vývoj účinnějších zařízení, spoléhají stále někteří na technologie, o jejichž uvedení do provozu se pořád jenom hovoří. Klasickým příkladem je masivně podporovaný výzkum fúzní technologie, jejíž brzké dokončení se již přes 60 let slibuje a stále před sebou hrne minimálně pětadvacetiletou lhůtu do spuštění.

Co pamatuji, nejméně půl století, se hovoří o jaderné fúzi jako prakticky nekonečném zdroji čisté energie, která nás může posunout k technologickému skoku, k čistému průmyslu, ke hvězdám, k pochopení života,.. (a také ještě k větší spotřebě čehokoliv)… protože veškerá činnost je vázána na spotřebu energie.

Podle českého fyzika plazmatu Jana Procházky není pravděpodobné, že by fúzní reaktor byl komerčně dostupný před rokem 2090; italský odborník Giuseppe Cima, jenž působil na řadě špičkových pracovišť (Euratom Culham UK, ENEA Frascati, CNR Milan a Fusion Research Center Austin), považuje budoucí cenu fúzní technologie za mnohem vyšší, než je současná cena z obnovitelných zdrojů. Soudí, že výzkum a vývoj do komerčního stádia fúzního reaktoru by ještě mohl trvat padesát let.

Proč stále vynakládáme veliké peníze a zdroje na fúzní technologii? Je to exemplární příklad lidské slepé víry v megalomanskou technologii a její zázraky? Když se podíváme na fotovoltaiku, větrnou energetiku či akumulaci energie vidíme v posledních patnácti, dvaceti letech explozi invencí a ohromující rozvoj technologií, spojené s prudkým poklesem ceny a nárůstem objemu instalací. Jak bude vypadat situace v obnovitelných energiích za dvacet let, nelze asi přesně odhadnout, ale cena, technologie a šíře aplikací budou nesporně ještě příznivější než dnes.

Proč tedy fúze? Pro určitá vědecká centra se jedná o velmi zajímavou možnost vědeckého uplatnění, dobrých platů a (zatím) zajištěné budoucnosti. Každý malý úspěch přináší mimořádný zájem veřejnosti a medií. Výzkum je stimulován osobním zájmem a samozřejmě politicky. Každý politik, jenž tento výzkum podporuje nebo o něm hovoří, má v očích veřejnosti řadu pozitivních hlasů k dobru. Podporuje něco tak trochu tajemného, velmi perspektivního, něco, co (údajně) jedním vrzem řeší největší problémy lidstva.

Na světě jsou dvě centra, kde se vyvíjí termojaderný reaktor TOKAMAK a ITER. Jejich výzkum a experimentální provoz dotují vyspělé státy světa, v případě ITER celkem 35 států.  Počínaje rokem 2016 se očekává, že celková cena výstavby experimentu bude přesahovat 20 miliard EUR,  po několika zvýšeních v minulých letech.  Euratom přispívá 34% celkových nákladů. Tento reaktor má ověřit možnost výroby tepla a nebude produkovat žádnou elektřinu.

Jádro evropského reaktoru ITER umístěného ve francouzském Cadarache by mělo mít 30 metrů v průměru a bude 20 metrů vysoké. Jedná se o komplexní zařízení, jež je mnohonásobně komplikovanější, než výkonem ekvivalentní jaderný štěpný reaktor a má desetinásobný objem. Obrovské rozměry komerčních fúzních zařízení plynou z poměrně nízké hustoty plasmy a předpokládá se, že by jádro fúzního reaktoru vážilo 30.000 tun, což pro srovnání odpovídá hmotnosti 26 prázdných vlaků, každého o padesáti čtyřnápravových vagonech. V podloží reaktoru je umístěno 200 tisíc kubických metrů betonu.

Fúzní experiment s laserem, provedený v USA, v National Ignition Facility, ukázal, jak obtížné a drahé je vyrobit denně jeden fúzní mikrovýbuch. V reálném provozu fúzního reaktoru by byly mikrovýbuchy potřeba stokrát za sekundu, po mnoho let. 

O předpokládané technologii se celá léta mlží. Tvrdí se, že fúzní reakce nebude produkovat radioaktivní odpad – přičemž při reakci deuteria s tritiem (těžkého vodíku se supertěžkým) vzniká neutronové záření a jeho působením škála izotopů, mezi nimi i radioaktivních. Potřebné tritium se na zemi nevyskytuje, a proto jej bude nutno vyrobit reakcí v reaktoru, či přímo v termonukleárním zařízení, opět za vzniku radioaktivního záření a izotopů. Z fúzního reaktoru bude odcházet směs radioaktivního tritia a helia. Plynný, vysoce toxický radioaktivní odpad. Reakce samotných deuteriových jader, při níž by se žádný neutron neuvolňoval, a jaká probíhá v nitru Slunce, se zatím v pozemských podmínkách nezdařila.

Jiná teoretická možnost, o níž se uvažuje, spočívá v jaderné fúzi 3He a deuteria. Tato reakce je skutečně čistá, protože při ní nevznikají žádné neutrony. Má ale jiný háček, v tomto případě nemalý. Izotop helia 3He je velmi vzácný a v současné době se získává z přírodního zemního plynu nebo z jaderného reaktoru CANDU provozovaného s přírodním uranem. Celosvětová roční produkce tohoto plynu je 1 kg. V poslední době se zjistilo, že měsíční prach obsahuje do 50 mg 3He na tunu. Pro samotné zásobování USA by bylo ročně zapotřebí asi 25 tun tohoto izotopu, tj. asi jeden náklad bývalého raketoplánu. To by samozřejmě vyžadovalo vybudování měsíčního průmyslového závodu a kyvadlové lety. Celkové zásoby izotopu 3He na Měsíci se odhadují na jeden až pět milionů tun a podle Ouyang Ziyuan, vedoucího vědce čínského programu pro využití Měsíce, by helium mohlo zásobovat zemi po dobu 10 000 let.

Bylo by takové zásobování jistější a bezpečnější než kombinace energie větru, slunce, vody, moří, biomasy a zemského tepla na domácí planetě? Kolik lidí by si mohlo dovolit koupit elektřinu, k jejímuž zajištění by byly potřeba kosmické lety – nejdražší lidská technologie? Jedinou výhodou tohoto systému by bylo, že celou energetiku by měla v ruce skupina manažerů, majitelů a jejich politických spojenců – byla by to ale jen jejich výhoda. Co by to, kromě drahé a centrálně vyráběné energie, přineslo ostatním?

Nebylo by lépe prostředky na výzkum jaderné fúze směrovat do výzkumu, vývoje a výstavby obnovitelných zdrojů energie a do technologií fixace uhlíku z atmosféry?