Zatímco na Slunci a při výbuchu vodíkové bomby probíhají tyto procesy nekontrolovaně, američtí vědci, ale nejen oni, zkoušejí dostat proces pod kontrolu a zajistit lidstvu trvalý zdroj „čisté" energie v neomezeném množství. Pokusy v tomto směru běží na celém světě. Věnuje se jim Evropská unie, Japonsko, zapojila se dokonce i Čína. Většina prognóz však tvrdí: Termojaderná fúze se může stát realitou ve využitelné podobě nejdříve za dvě i více desetiletí.
Avšak vědci a technici v pokusném zařízení National Ignition Facility (NIF), součásti Lawrence Livermore National Laboratory v Kalifornii, věří, že našli postup, který by mohl cestu ke kontrolované termojaderné fúzi významně zkrátit. Pro ten účel vyvinuli a postavili za 3,5 miliardy dolarů nejvýkonnější laserový kanon všech dob. Dokáže „vystřelit" paprsek o výkonu 500 terawattů. To je větší výkon, než dají dohromady všechny elektrárny v USA. Poprvé laser „vystřelil" loni v únoru.
Na internetovém portálu německého týdeníku Der Spiegel srovnal Ed Moses, který je odpovědný za provoz zařízení, význam toho, čím se NIF zabývá, s přistáním na Měsíci, konstrukcí atomové bomby nebo vynálezem letadla. „Pokud bude termojaderná fúze spuštěna pomocí laseru fungovat, získáme nevyčerpatelný zdroj čisté energie pro celou planetu. Tato technologie by změnila všechno," dodal šéf výzkumu Bruno Van Worterghem, ještě předtím, než zahájil ukázku.
Na začátku je pouze slabý laserový impulz trvající několik nanosekund. Je rozdělený do 192 paprsků, které pak projdou složitým labyrintem pohyblivých zrcadel a optických přepínačů. Mezitím se spustí bouře 7680 záblesků, napájených 24 000 kondenzátory, které do nich „napumpují fotony". Tím se laserový impulz mnohonásobně posílí.
Slunce snesené na Zem
K tomu, abychom mohli laserový paprsek „nakrmit" energií 1,8 megajoule, potřebujeme halu o rozměrech gotické katedrály. Pravda, jde o energii, kterou může našemu tělu dodat několik vydatnějších jídel. Ale trik spočívá v tom, že tato energie je soustředěna po extrémně krátkou dobu na nepatrnou plochu.
Van Worterghen posléze přistoupil k tomu nejsvětějšímu z celého zařízení. Jde o kovovou kouli o průměru deseti metrů, která trůní uprostřed haly a trochu připomíná zaparkovanou kosmickou loď. Výzkumník se její konstrukcí zabývá už sedmnáct let. Ale z toho, jak se dotýká jejího metalického povrchu, je zřejmé, že ho zařízení stále fascinuje.
„To je cílová komora," ve které má v případě úspěšného pokusu dojít k termojaderné fúzi. Pravda, zatím jen v miniaturním měřítku a na několik milisekund. V komoře se soustřeďuje všech 192 laserových parsků vyslaných kanonem. Jejich energie se zaměřuje na cíl o velikosti sotva kuličky pepře: na kapsli s kapalným vodíkem na konci robotického ramene uprostřed koule.
Obdobně jako nafta vstříknutá do válce Dieselova motoru, avšak mnohem větší silou, dojde k extrémnímu zahuštění vodíku a k implozi, jak jsme ji popsali na začátku. Pokud se pokus podaří, vznikne v této kouli na několik milisekund miniaturní Slunce „snesené za Zem" (jak to nazývá populární slogan tohoto výzkumného zařízení).
„Dokážeme realizovat procesy, které se jinak odehrávají v nitru hvězd," říká s viditelným nadšením šéf výzkumu. S pomocí tohoto zařízení se dají v miniaturním měřítku simulovat i výbuchy jaderných bomb. Pravdou je, že provoz NIF je financován z peněz národního úřadu pro jadernou bezpečnost. Armáda si od možnosti simulace jaderných výbuchů slibuje nové poznatky o možnosti nasazení jejího jaderného arzenálu.
Víc než jeden zázrak
Ovšem zřízení fascinuje také astrofyziky. „Už brzo u nás budeme simulovat vznik supernovy," tvrdí Moses. Vědci, kteří se zabývají vznikem či zánikem hvězd nebo planet, už nebudou odkázáni jen na dalekohledy a radioteleskopy, ale budou moci celý tento proces simulovat. „Když za námi přijde třeba astrofyzik a vysloví přání, že 22. dubna v 17 hodin by rád studoval zánik nějakého kosmického tělesa, řekneme mu: Proč ne?"
To jsou všechno zajímavá témata, ale vědcům v NIF jde především o perspektivu budoucích elektráren pracujících na principu termojaderné fúze. Při fúzi dojde, obdobně jako v běžných jaderných elektrárnách, k uvolňování neutronů. Jejich pohybem vzniká teplo, které může být využité pro výrobu elektřiny.
Efektivita termojaderných elektráren je vysoká. Teoreticky by mohly vyprodukovat až stokrát více energie než samy spotřebují. Palivem má být deuterium, izotop vodíku, který je možné získávat z mořské vody.
Ale cesta k prakticky využitelné elektrárně je ještě dlouhá. Příprava jedné „rány" laserového kanonu zatím trvá celých šest hodin. Pokud by mělo být toto zařízení opravdu prakticky využitelné pro výrobu elektřiny, musel by laser „vypálit" alespoň desetkrát za sekundu.
Je to vůbec možné? „Nevidím zásadní problémy," odpověděl šéf NIF. Lasery s takovou frekvencí už byly vyvinuty. Stejně tak je možné vyrobit miniaturní kapsle s potřebným „palivem" a umisťovat je na správné místo pomocí speciální hi-tech foukačky.
Zatímco výzkumníci z NIF jsou nadšeni, četní jiní vědci se na to dívají s neskrývanou skepsí a varují před přílišným očekáváním. „Vůbec například není jasné, jak se budou chovat materiály v podmínkách termojaderné fúze. Nemáme dost zkušeností ani s tak silnými lasery," připomněl jaderný fyzik David Hammer z Cornell University v Ithace ve státu New York. A dodal: „Budeme potřebovat víc než jeden zázrak, aby se nám podařilo vytvořit podmínky pro prakticky využitelnou fúzi".
Plazma v „klecích"
Vlastní nastartování fúze ještě nepatří k těm nejsložitějším problémům. Dokonce pro evropské fyziky už je to rutinní záležitost. Na rozdíl od svých amerických kolegů přitom používají místo laserů mikrovlnné kanony.
Hlavním problémem je, jak udržet termonukleární fúzi v chodu po delší dobu. V Evropě se snaží udržet plazmu v komplikovaných magnetických „klecích". S takovou technologií počítají například výzkumníci ve francouzském testovacím zařízení Cadarache, které však ještě není zcela dokončené.
Ale šéf NIF se skepsí kolegů nenechává odradit. „Vždyť není nezbytně nutné, aby celý proces trval delší dobu. Místo trvalé fúze můžeme přistoupit na celou sérii minifúzí. Obdobně jako pracuje spalovací motor, ve kterém následují exploze jedna za druhou. Takový postup by byl mnohem jednodušší."
Kdy se tedy dočkáme prvních dodávek elektřiny z kýžených termonukleárních elektráren? Moses věří, že už letos by mohly začít první pokusy s ostřelováním vodíkových kapslí. A pak se uvidí.
Na obdobné technologii, tedy s využitím laserů, se pracuje také ve Francii, Japonsku a Číně. Evropská unie podporuje projekt HIPER (High Power Laser Energy Research Facility), s jehož realizací se má začít v roce 2014 a má být evropskou obdobou NIF.
„Otázka nezní, zda se nám podaří ideu termonukleární fúze naplnit. Je daleko prostší: kdy k tomu dojde. Ale že k tomu dojde v dohledné době, tím jsem si naprosto jistý," tvrdí Moses.
„Dovedete si představit, že jednoho dne ujedete se svým autem několik set kilometrů, a přitom natankujete jen trochu vody? Právě to dokáže termonukleární fúze. Je to strhující představa," zasnil se šéf NIF v závěru reportáže.