Termojaderná fúze jako podnikatelský záměr

Vážně míněný výzkum termojaderné fúze zahájily po 2. světové válce vítězné mocnosti: Sovětský svaz, Spojené království a Spojené státy. V Sovětském svazu soukromník neupekl chleba, natož termojadernou fúzi, takže pro fúzní podnikatele zbývaly USA a SK. První a na dlouhou dobu poslední odvážlivec se objevil ve Spojených státech na počátku 80. let. A nebyl to podnikatel ledajaký. Bob Guccione vydával časopis pro pány Penthouse, bydlel v přepychovém bytě na Manhattanu a na odhalené hrudi se mu houpal masivní zlatý řetěz. Poněkud zvláštní obraz sponzora jaderné fyziky, že?

Bobové

Bob Guccione se spojil s dalším Bobem. Robert Bussard začínal s raketovými pohony v Los Alamos a třetí Bob si ho vybral k ruce, když řídil v sedmdesátých letech veškerý výzkum řízené fúze ve Spojených státech jako šéf AEC (Atomic Energy Commission). Robert Hirsch začínal u Phila Farnswortha v ITT, otce televizní obrazovky, a publikoval řadu prací o elektrostatickém udržení plazmatu, což byly různé variace na Farnsworthův fúzor. Fúzor je v podstatě kulový urychlovač, a v jeho ohnisku by mělo dojít ke sloučení například jader deuteria. Staví si ho středoškolští studenti a zdá se, že nejbližší Praze je Peter Švihra, student 8. ročníku gymnázia v Martině.

Prstenec se silným polem

Vraťme se k Bussardovi. Ten posléze ze státních služeb odešel a pojal ušlechtilou myšlenku zhmotnit ideu Bruna Coppiho, nadaného mladého Itala pracujícího na plný úvazek ve známém Masachussets Institute of Technology (MIT). V MITu koncem šedesátých let trávil nějaký čas genius světové fúze Lev Arcimovič. Ten svými přednáškami uchvátil Coppiho, který postavil „malý“ kompaktní tokamak ALCATOR (ALto CAmpo TORus), což v latině znamená „prstenec se silným polem“. Tokamak Alcator se skutečně vyznačoval v té době mimořádně silným magnetickým polem 12 Tesla a Coppimu se podařilo dosáhnout mimořádně velkého součinu n × t_T ≈ 10¹³ m^‑3s^‑1(kde n je hustota plazmatu a t_T je doba udržení jeho energie). To bylo pětkrát více, než do té doby dosáhl jakýkoli tokamak. Přiblížil se tak oblasti rezervované pro velký Tokamak Fusion Test Reactor (TFTR) v Princetonu.

V té době se začaly stavět do té doby a vlastně dodnes největší termojaderná zkušební zařízení: evropský JET, americký TFTR, japonský JT60 a sovětský T‑15 s průměry vakuové komory několik metrů a objemem plazmatu od 40 do 160 m³. Náhle se na tokamaku s vakuovou komorou rozměru pneumatiky malého náklaďáku objevilo docela slibné plazma, ale o objemu menším než 2 m³. To určitě v táboře zastánců termojaderných gigantů nadšení nevzbudilo.

U zrodu tokamaku Riggs Nationale Bank

Bussard znal Coppiho z mezinárodní konference ve Varreně konané v roce 1961. Začínající vědec ho zaujal svým nadšením a Bussard mu pomohl najít uplatnění v USA. Řekl si, že je čas sklízet ovoce a navštívil Coppiho s tím, že by Alcator mohl být předobrazem kompaktního tokamaku nevyrábějícího elektřinu, ale teplo. Tokamak pojmenovali po první bance, která poskytla úvěr 000. Riggs Nationale Bankbyla tedy u zrodu Riggatronu. Zcela unikátní byl Bussardův nápad, jak dosáhnout extrémního magnetického pole.

Princip tokamaků

Rozhodující je kvalitní udržení energie plazmatu, tedy snížení energetických ztrát na minimum. Toho v tokamacích můžeme dosáhnout dvěma způsoby: kvalitní magnetickou nádobou a velikým objemem plazmatu. Dobrou analogií je hrnec horké polévky. Bude‑li hrnec děravý, neudržíte v něm polévku, natož její teplo. A bude‑li polévky málo, vychladne rychleji, než když jí bude hodně.

Tokamaky JET, TFTR, JT60 a T‑15 se vydaly cestou velkého objemu plazmatu, pochopitelně s co nejsilnějším magnetickým polem. To jsou však protichůdné požadavky, a tak je třeba hledat optimální řešení. Bussard s Coppim vsadili na extrémní pole v poměrně malém objemu, a to dokonce za cenu toho, že elektromagnet bude uvnitř vakuové komory. Tam bude pochopitelně na dosah fúzních neutronů a jeho životnost tak bude relativně malá. A nyní přichází unikátní řešení Boba Bussarda: „Zničený elektromagnet jednoduše vyhodíte a nahradíte novým! Stejně jako poškozenou žárovku vyhodíte a našroubujete novou.“ Tato koncepce ovšem nepočítala se supravodivými magnety, ani s dodatečným ohřevem. Musela vystačit s mědí a Jouleovým teplem.

Inesco

Dvojice založila společnost Inesco – zkratku International Nuclear Energy Systems Company – a užaslý Coppi svému kolegovi sdělil, že existuje italské sloveso innescare, psáno se dvěma n. V první osobě jednotného čísla se píše „io innesco“, což znamená „já zapálím“, což navozuje představu druhého fuzního milníku – zapálení [ignition] plazmatu. O plazmatu říkáme, že hoří, pokud většinu energie potřebné k termojaderné reakci čerpá z reakce samotné. Prvním milníkem je vyrovnání fúzního a ohřevového výkonu [break even].

Inesco začalo hledat zdroje – v této fázi nikoli energie, ale financí. Department of Energy (DoE), tj. Ministerstvo pro energii, které nahradilo AEC, organizaci zastřešující fúzní výzkum ve Spojených státech, financovat projekt odmítlo. Robert Hirsch již nebyl šéfem. A nové vedení se řídilo standardem: „Vše nové je podezřelé!“. Navíc zde působil silný lobbing stoupenců fandících velkým zařízením. Je zajímavé, že tento „vnitřní“ (ve smyslu koncepce tokamaku) lobbing byl koncem minulého století „přehlasován“ „vnějším“ lobbingem a Spojené státy na tři roky odstoupily od mezinárodního projektu ITER.

Příspěvek 12 až 18 miliónů dolarů

Fúze začínala být pro zavedené výrobce energie konkurencí! Nespokojený Coppi se vrátil do MIT. a Bussard, dobrodruh svou podstatou, pokračoval s několika nadšenci dál. Na základě rozhovoru v populárně vědeckém časopise Omni se setkal s jeho majitelem Bobem Guccionem. Guccionovi se zalíbila představa být u zrodu energetické nezávislosti Spojených států amerických. Nebyl ovšem tak naivní, aby se domníval, že jeho impérium, jakkoli finančně mocné, dokáže ambiciózní, nicméně nesmírně riskantní podnik Boba Bussarda financovat do vítězného konce. Vždyť jen motorový generátor k napájení elektromagnetů stál cca 50 miliónů dolarů. Spíše si představoval, že jeho jméno coby sponzora přiláká další investory. Kdo chce zapálit, musí hořet. Suma, kterou Guccione do projektu vložil, se podle dostupných informací pohybuje od 12 do 18 miliónů dolarů. Guccione původně počítal s financováním projektu z výnosů kasina Atlantic City, ale nedostal k jeho provozování povolení, jinak by se jednalo o 150 miliónů dolarů. Inesco v době svého rozkvětu mělo 85 zaměstnanců a jeho zástupci se objevovali na mezinárodních konferencích.

Pád Inesca

Guccione měl smysl pro humor a dceřinou firmu, která měla dohlížet na čerpání jeho peněz, nazval Penthouse Energy and Technology Systems. Zkratka PET ovšem také představovala dívku měsíce PET girl, jejíž vnady ohromovaly čtenáře Penthousu v centrální dvoustraně časopisu. Dokážete si představit, že peníze za odhalování přitažlivých blondýnek financují termojadernou fúzi?

Přes veškerou snahu se další investory nepodařilo sehnat a po vstupu na burzu Inesco po třech letech existence zkrachovalo.

Podnikání pokračuje

Ani Bussard, ani Guccione na fúzi nezanevřeli. Guccione v řadě rozhovorů horoval pro fúzi jako záchranu lidské společnosti a Bussard se vrhl do dalšího projektu, kterým bylo inerciální elektrostatické udržení. Vzpomeňme na jeho šéfa v AEC, Roberta Hirsche. Jak bylo jeho zvykem, nejprve založil společnost, tentokrát Energy Matter Conversion Corporation (EMC²) a postavil řadu experimentálních zařízení, známých Polywellů. Vědecký přerod Bussarda od tokamaku k IEC koresponduje s opačným směrem vývoje nositele Nobelovy ceny Sacharova v padesátých letech, a to od IEC k tokamaku. Po tragickém odchodu Bussarda roku 2007 v díle pokračuje za peníze US NAVY jeho kolega Nebel, křestním jménem jak jinak než Robert.

I příběh Bruno Coppiho má zajímavé pokračování. V roce 2010 si plácli premiéři Bersluscconi a Putin nad projektem kompaktního tokamaku Ignitor (1,3 m, 13T, poprvé supravodič z diboridu hořčíku – MgB₂), který se vyrobí v Italii a postaví v Troicku u Moskvy. O tokamaku stejného jména Ignitor uvažoval Brunno Coppi od sedmdesátých let minulého století.

Blýská se na časy?

V listopadu 1983 oznámil Ron Parker, vedoucí projektu, MIT, že na tokamaku Alcator C dosáhli n ´ t » 8 ´ 10¹³, přičemž Lawsonovo kritérium pro fungující fúzní elektrárnu požaduje n ´ t » 10^14. Ale teplota byla pouhých 18 miliónů K. Tokamaku tedy zbývá ještě teplotu desetkrát zvýšit. I tak to byl pro Alcator C velký úspěch

Článek by byl neúplný bez osobní vzpomínky jeho autora. Téma jeho doktorandské práce v roce 1979 bylo elektrostatické udržení, kde hojně citoval Farnswortha a Hirsche, navíc publikoval kromě jiného i v Penthousu. Zkrátka fúzní koncepce stojící mimo „main stream“ se potkávají s Penthousem na každém kroku.

První pokus „zprivatizovat“ fúzi se tedy nepovedl, druhý je na obzoru

Bývalí zaměstnanci Culham Center for Fusion Energy: Michajl Grazynievič, Alan Sykes a David Kinghan, kteří 20 let pracovali v CCFE na kulových tokamacích, založili v roce 2010 společnost Tokamak Solution. Tito společníci mají v úmyslu postavit malý kompaktní tokamak vycházející z myšlenky kulového tokamaku coby buď intenzivního zdroje neutronů pro lékařské účely, nebo likvidátora odpadu štěpných jaderných reaktorů, popř. zdroje tepla pro výrobu vodíku. 170 tisíc liber poskytly do začátku tři společnosti Oxford Instruments, mecenášská síť Oxford Early Investments a vládní Rainbow Seed Fund.

Prameny

http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_W._Bussard
http://www.tokamaksolutions.co.uk
http://www.askmar.com/Robert%20Bussard/Bussard%20Fusion%20Search.pdf