Novákoviny

Čím bylo pro starou dobu zlato, tím je pro moderní společnost energie. A máme i jakousi obdobu alchymie. Dnešní alchymisté nehledají kámen mudrců, ale usilují o studenou fúzi - nevyčerpatelný zdroj levné energie, který lze sestrojit téměř doslova na koleně. Většina mainstreamových jaderných fyziků na tuto možnost nevěří, ale vědečtí disidenti se nenechali odradit: jejich úsilí pokračuje a má první nadějné výsledky.

 

Celá naše existence závisí na termonukleárních reakcích, které "pohánějí" Slunce. V jeho nitru obrovské teploty a tlaky z izotopů vodíku vytvářejí hélium, přičemž se uvolňuje velké množství energie. I na zemi je v mořské vodě dost deuteria - izotopu vodíku s jedním neutronem, kterého by šlo k takové reakci použít. Kdyby se povedlo ji spustit, bylo by navždy po starostech s energetickou krizí: pouhých 500 litrů mořské vody by uspokojilo celoživotní potřebu energie průměrného obyvatele naší planety.

Jenže nemáme k dispozici ony obrovské teploty a tlaky, přičemž slovo "obrovské" znamená desítky až stovky milionů stupňů. Tedy máme, ale jen prostřednictvím atomové bomby. A jaderné exploze zjevně nejsou dobrým způsobem, jak vyrábět elektřinu.

 

obr: Zatím se daří dosáhnout fúze jen při jaderných explozích 

 

Vědci se sice snaží dosáhnout potřebných teplot a tlaků i méně destruktivními prostředky (například v rámci projektu ITER), jenže cíl je stále v nedohlednu. Někteří odborníci dokonce soudí, že ekonomicky únosná výroba elektřiny touto cestou není možná. V každém případě ale bude hodně, hodně drahá.

Existují ale lidé věřící, že téhož lze dosáhnout za pokojové teploty a se zařízením, které není o moc dražší než osobní automobil. Říkají tomu studená fúze (cold fusion) nebo fúze na pracovním stole (tapletop fusion). Většinová věda je považuje za fantasty, ale jim to většinou nevadí. Připomínají, že žádný průkopník nového poznání to neměl lehké.

 

Na počátku byla fantazie

Známý autor sci-fi literatury Arthur C. Clarke už roku 1964 ve své knize The Profiles of the Future napsal: "Nesmíme zapomínat, že jaderné inženýrství má nyní zhruba stejné postavení, jaké mělo chemické inženýrství na začátku devatenáctého století, kdy zákony vládnoucí chemickým reakcím mezi jednotlivými složkami byly na začátku chápání. Nyní syntetizujeme ve velkém měřítku léky a plasty, které včerejší chemici nebyli schopni produkovat dokonce ani ve svých laboratořích. Během několika generací budeme jistě schopni dělat stejné věci s prvky."

Clarke i naznačil, jak na to: "Vedle tepla a tlaku existují jiné způsoby, jak nastartovat reakci. Chemici je znají již léta; používají katalyzátory, které urychlují reakce nebo je umožňují při mnohem nižších teplotách, než za jakých by jinak probíhaly? Existují vedle chemických katalyzátorů i jaderné?"

 

obr: Jedno z nejjednodušších zařízení pro zkoumání studené fúze, které sestrojil Jean-Louis Nadin. Zatímco "oficiální" fyzika staví gigantické a drahé fúzní reaktory, vědečtí disidenti věří ve fúzi na laboratorním stole (tabletop fusion)

 

Ve skutečnosti to ale nebyla jen Clarkova fantazie. Pokusy o slučování atomů vodíku za pokojových teplot mají překvapivě dlouhou historii. Koncem 19. století byla objevena schopnost paladia (a také titanu) vázat velká množství atomů vodíku. Už krátce na to němečtí vědci F. Paneth a K. Peters věřili, že pozorují spontánní vznik hélia z vodíku na paládiovém povrchu. Později se zjistili, že atomy hélia patrně pocházejí z okolní atmosféry. Přesto od roku 1927 zkoumal Švéd J. Tanberg elektrolýzu vody za pomoci paládiových elektrod. Po objevení deuteria roku 1932 pokračoval v experimentech s těžkou vodou a dokonce na syntézu hélia z vodíku získal švédský patent, který však byl později zamítnut.

 

Aféra Fleischmann a Pons

Skutečný poprask kolem studené fúze začal v 80. letech minulého století. Tehdy anglický vědec československého původu Martin Fleischmann společně se svým americkým žákem Stanely Ponsem na univerzitě v Utahu uvažovali o alternativních mechanismech vedoucích k zažehnutí reakce, která pohání hvězdy. Zdánlivě je to jednoduché: aby se izotopy vodíku spojily v hélium (přičemž se kromě velkého množství energie uvolňují také neutrony), je potřeba překonat odpudivé síly mezi nimi a "dotlačit" je k sobě na velmi malou vzdálenost. V klasických zařízeních termojaderného výzkumu zvaných tokamaky nebo stelarátory - stejně jako ve vodíkové bombě - se to dociluje vysokými tlaky a teplotami. Fleischmann a Pons ale věřili, že téhož dosáhnou i méně drastickými a podstatně levnějšími metodami. Do roztoku těžké vody (což je vlastně kysličník deuteria) ponořili elektrody, z nichž katoda byla z paládia, a zavedli do nich elektrické napětí. Věřili, že při elektrolýze se na povrchu paládia dostanou jednotlivé atomy deuteria do dostatečně těsného sousedství, aby se spojily v hélium.

Vypadalo to nadějně. Roztok se při elektrolýze nadměrně zahříval, což badatelé považovali za projev energie uvolněné při termojaderné fúzi. Přístroje také skutečně zjistily výskyt neutronů. Dokonce během experimentů došlo k explozi, při níž zahynul jeden z laborantů.

 

obr: Michael Fleischmann a Stanley Pons ohlásili úspěch už v 80. letech. 

 

Do opakování Fleischmannova pokusu se vrhla řada dalších vědeckých pracovišť, ty však ale už slibné výsledky nepotvrdily. Neutrony patrně pocházely z kosmického záření a také další naměřené hodnoty bylo třeba připsat na vrub nedokonalé metodice. Za tragickou explozi patrně mohl vodík a kyslík, který se při elektrolýze uvolňoval. Pozdější práce ukázaly, že na paládiové elektrodě se sice atomy deuteria opravdu navzájem přiblíží, ale ne dost na to, aby došlo k jaderné syntéze a uvolňování energie. Pro úplnost je ale potřeba dodat, že některé obměny tohoto pokusu (například použití niklu, titanu, či jiných prvků, sloučenin nebo slitin, změny tlaku a teploty a podobně) občas vedly k udivujícím výsledkům, které se zatím nepodařilo uspokojivě vysvětlit.

 

Fúze v bublinkách a krystalech

Neslavný konec Fleischmannovy práce způsobily, že fúze za studena byla odkázána do říše pavěd. Jenže některé vědecké odvážlivce to neodradilo. Fúzní reakce za nízkých teplot neodporuje fyzikálním zákonům - a kdyby se povedla, byl by to jeden z největších objevů současnosti.

 

obr: Na americké Purdue University zkoumá studenou fúzi Rusi Taleyarkhman 

 

Jednou z nadějných možností tzv. fúze v bublinkách, o kterou už několik let usilují výzkumníci z Oak Ridge National Laboratory (ORNL) a Renssealer Polytechnic Institute v USA. Jejich postup vychází ze skutečnosti, že průchodu ultrazvuku některými kapalinami vznikají záblesky světla, které si vědci dlouho nedovedli vysvětlit. Patrně je má na svědomí takzvaná kavitace, jev, kdy v důsledku zvukových vln v tekutině vznikají a vzápětí kolabují mikroskopické bublinky. Některé teorie se snažily tuto tzv. sonoluminiscenci vysvětlit právě jadernými reakcemi - a na tom spočívaly i pokusy v Oak Ridge. Skutečně při nich byla naměřena emise neutronů a jako produkt jaderných reakcí vznikalo tritium. Autoři věří, že se jim opravdu podařilo dosáhnout fúze za podmínek nesrovnatelně skromnějších, než je tomu v tokamacích. I tyto závěry ale mají řadu odpůrců.

Další slibnou cestou je takzvaná fúze v krystalech. Už v 60. letech minulého století někteří badatelé pozorovali emisi elektronů při mechanickém namáhání krystalů obsahujících deuterium. Jedním z možných vysvětlení je, že piezoelektrické jevy (podobné, jaké produkují jiskry v piezoelektrických zapalovačích) k sobě "přitiskly" atomy deuteria natolik, že došlo k jaderným reakcím mezi atomy deuteria.

Do výzkumu se nebál pustit tým Setha Puttermana z University of California at Los Angeles (UCLA). Použili krystal s pyroelektrickými vlastnostmi, který při teplotních změnách produkuje elektrické pole. Posloužila jim sloučenina lithia, tantalu a kyslíku (LiTaO3) s wolframovou sondou, umístěná do komory se zředěným deuteriem. Po ochlazení a následném zahřátí vzniklo prokazatelně vzniklo hélium a došlo k tak velké emisi neutronů, že to vědci považují za spolehlivý důkaz splynutí jader deuteria - termojaderné fúze. Předpokládají, že zvětšením teplotních rozdílů a nahrazení deuteria v destičce tritiem se podaří docílit ještě výraznějšího efektu.

Fúze z krystalů zřejmě k výrobě levné elektřiny nepovede, protože k vyvolání reakce je potřeba mnohem víc energie, než se uvolní. Může ale umožnit konstrukci miniaturních zdrojů neutronů pro medicínské účely a materiálový výzkum. A nelze ani vyloučit, že její další studium ukáže cesty, po nichž se budou ubírat další alchymisté moderní doby.

 

Jan A. Novák

Psáno pro Hospodářské noviny – Víkend

 

obr: Oficiální fyzika na studenou fúzi nevěří a dává přednost obřím trmojaderným reaktorům - tokamakům 

 

UPOZORNĚNÍ: Tento článek je spíš jen hodně stručným úvodem do problematiky studené fúze – tak jak si to žádá denní tisk. Pokud chcete vědět trochu víc (a umíte anglicky) podívejte se na pěkně zpracované heslo Cold Fusion na Wikipedii. Jestli zbude trochu času, pokusím se ho pro Novákoviny přeložit.

You have no rights to post comments