Budoucnost energetiky není sci‑fi (1) - Umělé slunce

…a pak zažehli nad povrchem planety umělé slunce a jejich kolonie vzkvétala. V nejedné sci‑fi představuje umělé slunce, popisované jako velká žlutě svítící hřejivá koule, vrchol energetických dodávek lidstva. Hodí se i pro ohřev zmrzlých planet nebo osvětlování vnitřku generační kosmické lodi. Bude tedy umělé slunce zdrojem štěstí a blahobytu?

Koule, která svítí a hřeje, je i prachobyčejná žárovka a pouhý fakt, že ji máte v obýváku, vám prádlo nevypere a maily nepošle. Pokud tedy od umělého slunce čekáte něco víc, bude nutné ho připojit na příslušné přístroje, které jeho energii přemění na elektřinu, a ta už vám harddisk i buben pračky roztočí. Pak bude ovšem praktičtější, když se celý proces odehraje v elektrárně, než tahat potrubí k čemusi, co visí pět kilometrů nad zemí. Výše popsané umělé slunce ale může mít své využití – pokud máte energie víc než dost a rozhodli jste se na severním pólu vybudovat tropické letovisko.

Předobrazem malých umělých sluncí bylo Slunce, střed naší sluneční soustavy, které energii získává z termonukleární fúze. To znamená, že aby svítilo a hřálo, musí se v jeho nitru neustále slučovat jádra vodíkových atomů. Fúze pohání většinu slušně vychovaných hvězd (co provádějí ty neslušné, tu nebudeme rozebírat) a nemusí probíhat jenom mezi vodíky, ale mezi jakýmikoliv lehkými atomovými jádry. Její princip je jednoduchý. Pokud se k sobě atomová jádra dostatečně přiblíží, odhadem tak na 10^‑15 metru, převládnou přitažlivé krátkodosahové jaderné síly nad odpudivými silami a jádra se sloučí, přičemž se uvolní trocha energie.

Reakce, kterou provozuje Slunce, není žádný zázrak. Má malou energetickou výtěžnost a malou šanci, že k ní vůbec dojde, takže jeden metr krychlový sluneční hmoty ve skutečnosti vydává srovnatelné množství energie, jako metr krychlový živé člověčiny. Slunce tak silně svítí a hřeje prostě proto, že je pořádně velké. Kdybychom ho chtěli vyrobit z lidí, spotřebovali bychom jich asi tři kvadriliardy a získali kouli o srovnatelné výhřevnosti, ale daleko menší svítivosti.

Z hlediska energetického je jasné, že patlat se s něčím tak nevýkonným a zavěšovat to nad povrch planety je nesmysl, nicméně fúze není vůbec špatný nápad. Na Zemi se lidé pokoušejí ovládnout D‑T fúzi, slučování deuteria s tritiem (oboje jsou to vodíky, jen jeden má v jádru jeden neutron a druhý dokonce dva neutrony navíc). Fúzi jako takovou zažehnout není problém, jenom na to zatím spotřebujeme víc energie, než kolik pak fúze vydá…

Aby mohla fúze probíhat, musí se vodík změnit v plazma, čtvrté skupenství hmoty, a zahřát na nějakých 150 milionů stupňů. Žádný hrnec takové teploty nevydrží, a proto fúze probíhá v magnetických nádobách zvaných tokamaky a stelarátory. Až budou fungovat jako elektrárny, rozhodně se nebude jednat o žádné drobečky – jenom reakční nádoba tokamakové elektrárny by mohla mít na výšku 11 metrů. Taková elektrárna bude polykat vodu a kamení a vyrábět z nich elektřinu. Z vody získáme deuterium, a kamení bude lithiová ruda, ze které menším trikem vyrobíme tritium. Hurá! Optimisté předpokládají spuštění první fúzní elektrárny už za třicet let. Pesimisté k tomu podotýkají, že to se říká už šedesát let…

Nejenom magnetickou fúzi jsme pro potřeby matičky Země vymysleli, zkoumá se i fúze laserová. Při ní silné laserové svazky ze všech stran stlačí malou vodíkovou kuličku do ještě menší kuličky, v jejímž jádru vznikne takový tlak a teplota, že se zažehne fúze. Současná laserová fúze sice zapaluje pouhý miligram paliva, ale vzhledem k uvolněné energii vyžaduje reakční komoru o průměru deseti metrů. Zatím to nevypadá, že by fúzní reaktor mohl být malý, kapesní, nebo dokonce miniaturní. Jistou naději by skýtala „studená fúze“, jenže ta se zatím vždycky podařila jen jednou a jako na potvoru jen tehdy, když se nikdo nedíval.

Protože už fúze „skoro bude“, velká část sci‑fi spisovatelů používá fúzní elektrárny jen jako kulisy, kolem kterých hrdina projede, když se řítí za svými záležitostmi. Navíc je fúzní reakce strašně nudná – neprodukuje odpady ani nevybuchuje, protože kdykoliv se plazmatu něco nelíbí, prostě zhasne a slučování vodíku okamžitě ustane.

To, že termonukleární reaktor často najdeme v nitru kosmických lodí, snad ani není třeba zdůrazňovat. Buď je tam jako pohonná jednotka – potom fúzní reakce slouží k vytváření horkého plazmatu, které se klasicky plive ven tryskami – anebo slouží k výrobě energie pro vnitřní lodní systémy a s pohonem nemusí přímo souviset. Vzhledem k tomu, že elektřina bude na lodi potřeba tak jako tak, je fúzní reaktor ideální volba hlavně pro dlouhodobější expedice. Palivo lze totiž natankovat prakticky kdekoliv, stačí vycucnout nějakou vodní planetu, prohrábnout atmosféru plynného obra nebo ulovit kometu a máme vodíku, kolik chceme.

Všechno má bohužel své nevýhody, i termonukleární reaktor. Jednak velký energetický impuls potřebný pro nastartování – současné, podstatně menší výzkumné tokamaky rozhodně nestartují přímo ze sítě – a jednak riziko, že se plazmatu „něco znelíbí a zhasne“ právě uprostřed bitvy s nepřátelským křižníkem. Pro takové případy se hvězdné lodi vyplatí mít s sebou zálohu. Třeba klasický štěpný reaktor, který se dá nastartovat snáz a není tak nedůtklivý jako vodíkové plazma.

Tak či tak, termonukleární reaktory pomalu přestávají být jako sci‑fi rekvizity atraktivní. Není to totiž fikce, ale realita. Jen si na ni ještě musíme pár desetiletí počkat.

(Převzato s laskavým svolením časopisu XB‑1, měsíčníku sci‑fi, fatasy a hororu.)
Web: www.casopisxb1.cz