Ty stroje, které nás zachrání
nebo nás zničí
- června 2006
Chci vám vyprávět příběh, který se právě děje před našima očima. Něco právě vzešlo z těla Z-mashiny v laboratoři Sandia v Novém Mexiku. Dítě vydalo svůj první křik v květnu 2005. Vystoupilo najednou z tmy neexistence.
Padesát let lidé honí iluze fúze. Zatímco démon fyzice se podařilo relativně snadno ovládnout; v počátku čtyřicátých let, když se narodila první atomová bomba, která explodovala v Alamogordo, USA
Výbuch první atomové bomby v Alamogordo
Druhé dítě lidstva, prometejské dítě, se objevilo pouze jako dítě prvního. Jakmile lidé zjistili, že mohou uvolnit obrovskou energii skrytou v samotné hmotě, začali přemýšlet o reakcích, které nejsou fyzikální, ale fúzní.
Na začátku byli „atomisté“, později nazývaní „jaderní fyzici“, jednoduše chemici (jako objevitel atomu, Novozélanďan Ernest Rutherford). Pro chemika je fyzika jen reakce rozkladu, silně exotermická, využívající proces auto-katalýzy.
Uran 235 se jen chystá rozpadnout na části s podobnou hmotností a přitom uvolnit několik neutronů. Ti pak, když zasáhnou sousední jádra, spustí požár „řetězové reakce“, za předpokladu, že množství atomů je dostatečně velké, aby se neutrony mohly srazit s jiným jádrem 235. Místo kritické hmotnosti bychom měli mluvit o kritickém objemu. Viz
http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm
Po využití nestability uranu 235, který se v přírodě vyskytuje jen v stopových množstvích (0,7 %) ve směsi s uranem 238, lidé využili i další „izotop“ tohoto prvku – plutonium 239, prvek, který přirozeně neexistuje, ale může být vyroben přidáním „rychlého neutronu“, vzniklého při fyzice uranu 235, do uranu 238. Plutonium je také „fissionabilní“, má „kritickou hmotnost“ a je vhodné pro výrobu bomb. Tato druhá bomba byla „experimentálně“ použita v Nagasaki, Japonsko.
Stále s pohledem chemika připomínala fúze mnohem více běžné chemické reakce, které známe. Vlevo produkty reakce, vpravo výsledek reakce. Schématicky
A spojené s B dává C plus energii
Nejnižší teplota, při které probíhá fúze, je u dvou izotopů vodíku: deuteria a tritia (tvořící tzv. těžký vodík), druhý z nich má nevýhodu být nestabilní, „radioaktivní“ (poločas rozpadu: 12 let). Tato teplota je sto milionů stupňů. Američané se pokusili tuto reakci spustit pomocí rentgenového záření vzniklého explozí fyzické bomby, prostě umístěním směsi deuteria-tritia „vedle“ fyzické bomby „A“. Tento experiment dostal název „Greenhouse“, „skleník“. Vodík měl nevýhodu být potřeba v kondenzované, tekuté formě, tedy při velmi nízké teplotě. S rozsáhlou pomocnou zařízení pro kryogeniku byla tato první „vodíková bomba“ proto nebyla provozuschopná.
Existovala druhá reakce, která umožňovala použít výbušninu ve pevné formě: lithiumový hydrid LiH. Ale teplota potřebná pro tuto reakci byla pětkrát vyšší: 500 milionů stupňů místo 100 milionů. V Rusku měl mladý Andrej Sacharov nápad umístit malou fyzickou bombu do středu elipsoidu ve tvaru prodlouženého vejce, s dutou skořápky sloužící jako odrazová plocha pro rentgenové záření. Všichni optici světa to věděli už léta. Umístěním zdroje záření do prvního ohniska této elipsoidní odrazové plochy se záření koncentruje do druhého ohniska. Stačilo tedy tam umístit konec nálože lithiumového hydridu ve tvaru „cukrového pečiva“.
&&&
Sacharov-Teller-Ulamův montážní plán
Ve Spojených státech dva mladí vědci židovského původu, první z Ukrajiny, Stanislaw Ulam:
Stanislaw Ulam
druhý z Maďarska, Edward Teller, měli ve stejnou dobu tuto myšlenku, kterou anglosaský svět označil jako „technicky sladkou“.
Edward Teller v roce 1958, který posloužil jako model pro postavu „Dr. Strangelove“
a který občas nazýval vodíkovou bombu „my baby“ („můj brouk“)
(Pro zájemce: pouze pro pamět, jaký je poněkud pochybný humor některých vědců, kteří psali knihy o vzniku takových zbraní. Jeden z nich, Antoine Schwerer, dal svému vlastnímu dílu název „U mé bomby“ (1990, 120 stran)
Antoine Schwerer: „U mé bomby“...
Američané nejprve zvolili experimentovat s vodíkovou bombou pracující při 100 milionech stupňů s deuterium-tritiovou směsí. Ale k jejich překvapení Sověti tento krok přeskočili díky výpočtům Andrzeje Sacharova a použili první „suchou bombu“, jejíž nálož byla ve formě pevné látky: lithiumový hydrid. Tato bomba byla tedy okamžitě provozuschopná. Toto rychlé zlepšení sil „západního bloku“ dalo signál k nekonečné zbrojní soutěži.
V tomto okamžiku čtenář musí pamatovat na tento „zázračný směs“ Lithium 6 + Vodík 1, který vytváří dvě jádra Helia 4 a .. žádné neutrony. Tato „vodíková bomba“ je tedy „neznečišťující“. Bohužel, pokud by někdy lidé na Zemi trpěli jejími důsledky, neměli by pravděpodobně čas si užít tohoto efektu. Pokud jsou „vodíkové bomby“ tak „znečišťující“, je to hlavně kvůli fyzické náloži, která slouží jako zapalovač, a „aktivaci“ odrazové plochy z „oslabeného uranu“, tvořeného uranem 238. Ten, když absorbuje neutron vzniklý při fúzi, se mění na plutonium 239, které opět fyzuje. Dostáváme tak nejhorší zbraň, kterou kdy lidstvo vymyslelo – „bombu FFF“ (fyzika-fúze-fyzika), nejbohatší na radioaktivní srážky.
Zatímco vojáci pracovali na vývoji svých bomb, civilisté se pokoušeli zapálit směs deuteria-tritia v uzavřených komorách tvaru toroidu, tzv. „tokamaky“, vynalezené Ruskem Artsimovičem (takoví Rusové jsou opravdu vynalézaví, rozhodně...).
Většina čtenářů už zná schéma takových strojů, kde se plynová směs, zahřátá na velmi vysokou teplotu, „magneticky uzavírá“, tedy v jádru cívky ve tvaru toru (nebo dnes přesněji tvaru písmene „D“, otáčející se kolem osy). Tato myšlenka je jádrem této katedrály pro inženýry, které se říká ITER.
Stroj ITER
Na obrázku výše je vidět uzavřená komora rotace, obklopená všemi jejími periferními zařízeními. Tento stroj bude následovat na francouzském místě Cadarache jiný podobný stroj, „Tore-Supra“, který byl zahájen před čtvrt stoletím:
Tore Supra
Vnitřek Tore-Supra
První francouzský stroj, jehož výstavba začala před čtvrt stoletím, neudržel své sliby. Na obrázku je vidět však mnoho přídavných zařízení, která se snaží dosáhnout vysoké teploty plazmatu a různými způsoby dodávat energii do toroidní komory (mikrovlny, „svazky neutronů“ apod.). První konkrétní výsledek byl nakonec dosažen na anglickém stroji v Culhamu, „JET“ (Joint European Torus).
Anglický stroj JET, 12 metrů vysoký
Objem uzavřeného plazmatu je pak mezi 80 až 100 metry krychlovými. V roce 1997 pracoval tokamak v Culhamu po... jednu sekundu.
Vnitřek JET
Tento výsledek, považovaný za „velmi povzbuzující“, vedl vědce a inženýry k návrhu přechodu na vyšší úroveň – návrh projektu ITER o ještě větších rozměrech.
Proč tato závist ke gigantismu?
Takové plazma se ochlazuje radiativně. Vnější povrch je emisní, právě tam dochází k úniku tepla. Tento úbytek roste s povrchem plazmatu, tedy čtvercem charakteristické velikosti stroje, řekněme jeho průměru, zatímco množství energie obsažené v tomto plazmatu roste s jeho objemem, tedy s krychli průměru. Pokud má takový stroj tendenci se ochlazovat radiativně, zvětšení jeho rozměrů minimalizuje tento efekt.
Nakonec... všechno je relativní. JET pracoval pouze jednu krátkou sekundu a pak zhasl jako stará kotelna, jednoduše kvůli tomuto radiativnímu ochlazování. Proč ale tento jev tak rychle převládne nad energií uvolněnou fúzí? Protože uzavření stěnami, svěřené magnetickému poli, je jen neúplné. Rychlé částice se dokážou „proškrábat“ mezi sítěm a zasáhnout pevné stěny stroje. Při tomto dopadu odtrhávají jádra patřící této pevné obálce, včetně kovových jader, která se okamžitě ionizují a sloučí se do plazmatu fúze. Tam tyto jádra interagují s volnými elektrony Bremstrahlungem, „brzdným zářením“. Zkreslují dráhu lehkých elektronů a tím vydávají záření. „Plyn elektronů“ se ochlazuje. Při tomto ochlazování chladí směs deuteria-tritia. Jakmile teplota klesne pod ty fatální sto milionů stupňů, stroj zhasne a zemře hloupě. Tento jev je tím více problematický, že radiativní ochlazování roste s druhou mocninou elektrického náboje těžkých iontů odtržených od stěny.
JET zhasl toutéž cestou po jedné sekundě práce. ITER bude postupovat stejně. Je navržen pro pětiminutový provoz, ale vše nasvědčuje tomu, že tento provoz nepřekročí desítky sekund. V současnosti neexistuje žádný provozní systém, který by umožnil se chránit před touto znečištění plazmatu fúze a radiativním ochlazováním „kotle“. Řešení zmíněná v tisku jsou jen podmíněná. Tyto technické schémata nejsou vůbec dostupné pro běžného čtenáře. Diskuze se dá shrnout takto:
- Lidé potřebují energii. Jaderná energie ji poskytuje, s výjimkou výroby radioaktivních odpadů, které jsou velmi nevýhodné, to přiznáme. Fúze je budoucnost. Ale cesta bude dlouhá. ITER bude mít plný výkon až za dvacet let, a pak...
A pak co? Budeme si zničit zdarma? Do té doby najdeme způsob, jak vyléčit monstra z jeho přirozených vad? Bude teplota schopna se udržet po dobu plánovanou nebo nám vysvětlíme, že „aby to fungovalo, bylo by třeba navrhnout ještě větší stroj“, s novým voláním k daňovému účtu občanů? A co dělat s pomocnými strukturami aktivovanými silným zářením neutronů o energii 14 mega-elektronvoltů? Jak předpovědět mechanickou pevnost obrovského supravodivého magnetu, jehož nákladnost Gilles de Gennes označil jako křehkou, vzhledem k tomuto nevyhnutelnému záření? Co by se stalo, kdyby se tato mechanická pevnost najednou změnila a přeměnila objekt na fantastický exploziv, schopný rozptýlit do přírody významné množství radioaktivního tritia?
Tyto otázky nevidíte nikde, jednoduše proto, že ITER není navržen k dlouhodobému provozu, dost dlouhého na to, aby se jeho supravodivé magnetické systémy nezhoršily. Až přejdeme k „super-ITER“ za 25 let, bude vždy čas se zabývat tímto... novým problémem.
Jak by řekl doktor Pangloss, jaká je dostačující příčina takových faraónských projektů? Držíme se jich proto, že potřeba energie planety se zdá nekonečná. Její růst je úžasný, exponenciální. ropa se vyčerpává. Některé země, jako USA, mají velké zásoby v... uhlí, ale to má pak modrý pás znečištění. Po Charybde, Scylla.
„Alternativní řešení“ nevypadají dostatečná, jako větrné, sluneční, přílivové, geotermální energie. „Výnosy z investic“ nevypadají dostatečné ve světle potřeb lidí. Takže jaderná energie „připadá jako menší zlo“. To je názor Claude Allègrea, našeho bývalého ministra, moderního technologického Panglossa, který prosazuje, že „vše je nejlépe v možném jaderném světě“.
„Dekrescence“ je řešení pro bohaté země. Nezajistíme si vysokou úroveň potřeb planety tím, že budeme jet na slunečním oleji, osvětlovat se žárovkami 25 wattů, jezdit na kolech a ohřívat vodu v koupelně pomocí slunečních panelů, vybavit toalety dvouúrovňovými nádržemi. To vychází z dobrého úmyslu, ale jakkoliv se problém podíváme, je to nedostatečné, jen sen pro bohaté děti.
Situační situace se zdá být tak kritická, že mnoho zemí uvažuje o přechodu na jadernou energii (situace, která je hrdostí tolika francouzských úředníků). Soutěž k fúzi prostřednictvím tak problematických strojů jako je ITER odhaluje hloubku neblahosti. Je tak hluboká, že se uvažuje o výrobních řetězec, jejichž rentabilita není známa a ani zda budou někdy. Ale až do jara 2005 byla odpověď nevyhnutelná:
- Máte něco jiného navržené?
Jaderná energie jinak. Neznečišťující fúze, bez radioaktivity.
Celkově jaderná energie je děsivá perspektiva. Znamená pohřbení tisíců tun nebezpečných radioaktivních produktů s životností... nekonečnou v měřítku našich krátkých lidských životů. Od nehod v Three Mile Island a Černobylu víme, že jaderné reaktory jsou nebezpečné, mohou znečistit obrovské území, kde budou vyrůstat děti s poškozenými orgány, kde se u mnoha lidí vyvine rakovina. Kde najít tuto magickou energii, kterou příroda poskytuje v obrovském množství a neznečišťuje naše prostředí, neohrožuje naše existence?
Zcela úžasně – tyto řešení existují už padesát let. První z nich je přesně ta, která slouží jako základ pro to, co jsme nazvali „vodíková bomba“: lithiová-hydrogenová cesta. Připomeňme reakci fúze:
Lithium 7 + Vodík 1 → dvě jádra Helia 4 a .. žádné neutrony
Jediný nevýhoda: je potřeba teplota 500 milionů stupňů, pětkrát vyšší než ta, kterou jsme úspěšně vytvořili na jednu sekundu v tokamaku v Culhamu. Existuje také jiná:
Bor 11 + Vodík 1 → tři jádra Helia 4 a .. žádné neutrony
Tentokrát je nutné zahřát směs na obrovskou teplotu tisíc milionů stupňů Kelvina, miliardu stupňů!
Dvakrát teplota, která panuje v jádru vodíkové bomby, kterou právě zapálili, padesátkrát teplota, která panuje... v jádru Slunce.
Ano, mnoho čtenářů to neví, hvězdy nemají rekord teploty. Proč? Jednoduše proto, že kdyby teplota Slunce dosáhla sto milionů stupňů nebo více, nebylo by to klidný kotlík, „hrnce“, který vaří, ale... bomba. Velmi vysoké teploty najdeme ve vesmíru v „supernovách“, což jsou hvězdy, které explodují. Po relativně klidném fungování s teplotami blízkými této výše se náhle zastaví (za několik dní!), vyčerpají palivo. Pak se sesypou jako kulaté zákusky na sebe. Přesněji na jejich „popel“, v tomto případě jádro železa, jehož atomy vznikly fúzí a prostě klesly dolů do hvězdy gravitací.
Hvězda se sesype na sebe rychlostí dosahující stovek tisíc kilometrů za sekundu. Tato kinetická energie se okamžitě promění v teplotu a právě tato obrovská energie vytvoří těžké prvky Mendělejevovy tabulky, atomy, z nichž jsme vytvořeni vy, já, olovo v tužce, uran v reaktoru, který právě dodává elektřinu mému počítači.
Ve vesmíru existují i jiné velmi exotermické zdroje: kvazary. V tomto případě se hmotnost vodíku, nestabilizovaná, shromažďuje v jádře galaxie. Kinetická energie těchto atomů se promění v teplo a tato hmota se promění v obrovskou vodíkovou bombu, větší než sluneční soustava, která na chvíli vydává tolik energie jako celá galaxie. Sbíráním magnetických čar galaktického pole se tento systém promění v obrovský urychlovač částic, který pak vysílá jádra rychlostmi blízkými rychlosti světla ve dvou protilehlých jetech spojených s tímto „magnetickým dipólem“.
Kromě extrémních jevů je teplota dosažená v našich vodíkových bombách (500 milionů stupňů) nejvyšší, která panuje ve celé... sluneční soustavě a dokonce i na několik světelných let kolem. Můžeme se tím pochlubit.
V květnu 2005 byl tento rekord najednou překonán zcela neočekávaně, úžasně. Musíme sledovat tento vývoj, který vede k objevu, který považuji za stejně důležitý jako... objev ohně, vzhledem k jeho nevyhnutelným důsledkům.
Zhrňme si. Co je tokamak, co je stroj z Culhamu, co je ITER?
Jsou to kotle, fungující v spojitém režimu, se všemi nevýhodami, které to může přinést.
ITER je parní stroj třetího tisíciletí.
Jak funguje parní stroj?
Vezměme například lokomotivu. Na začátku je zdroj tepla, v tomto případě uhlí. Hoří, když se spojuje s kyslíkem vzduchu. Máme pak výměník, tvořený rozsáhlou sítí trubek, kde paru oběhne uzavřený okruh. Spaliny ohřívají paru a jsou „teplým zdrojem“ tohoto systému. Teplota znamená tlak. Tato pára je posílána do válců, kde „pracuje“, dodává energii – v tomto případě mechanickou. Pokud by tento parní stroj byl spojen s generátorem, vyrobil by elektrickou energii.
V modernějších tepelných elektrárnách se spaluje ropa nebo uhlí (oba jsou uhlovodíky, vzniklé z ekonomiky, kterou světové rostliny vytvořily během stovek tisíc let). Systém pístů byl opuštěn ve prospěch plynové turbíny, která má lepší účinnost. Všimnete si, že jsme přesně sledovali stejný vývoj i v letectví, kde naše moderní „motorové reakce“ jsou navrženy podle modelu turbíny. Zanechali jsme starodávný systém pístových motorů, které poháněly vrtule. Ale co pohání tyto turbíny na našich Airbusech? Vrtule s lepší účinností, které se nazývají „dmychadla“. Příště, když budete cestovat letadlem, podívejte se na tyto složitější pohonné jednotky.
ITER nebude nic jiného než jiný druh tepelné elektrárny. Zdroj energie: fúze, s nevýhodami, odpady, aktivace struktur, rizika, všechny druhy problémů, náklady na provoz. Zase výměník dodávající... páru, která pohání plynovou turbínu, spojenou s alternátorem. Kromě zdroje energie je to velmi pokročilá technologie koncem průmyslové revoluce.
Proč naše automobily nejsou přímo navrženy podle parních lokomotiv? Všimněte si, že první automobilový stroj, který existoval,
fardier Cugnot
byl parní automobil.
Fardier Cugnot (2 km/h v roce 1771)
Fardier je vozidlo s nízkými koly určené pro přepravu velkých zátěží. Cílem bylo již vojenské (už i tehdy!), myšlenka Cugnota byla zajistit přepravu kanónů. Pokud přečtete osudy této objevy, budete vědět bez zlého úmyslu budoucnost ITER prostřednictvím jednoduché transpozice.
První letectví světa je založeno na zařízení vynalezeném Francouzem Clémentem Aderem, „Eole“, který je dnes viditelný v Conservatoire des Arts et Métiers v Paříži.
Eole Clément Ader (1890)
Ader se inspiroval křídly netopýra. Ve středu trupu je místo, kde seděl pilot, sedící na podlaze letadla a ovládal stroj s poháněnými dvěma vrtulemi, které jeho vynálezce okamžitě nazval „letadlo“ (slovo pochází z toho). Jeden z Aderových strojů se zdá být vystoupil do výšky 20 centimetrů na padesát metrů. Tyto výzkumy byly financovány vojenskými orgány (zase!). Skutečnost, že tyto výsledky, tříděné jako „státní tajemství“, byly zveřejněny až v roce 1990, sto let po jejich provedení (když archivy z Satory spadly do veřejného majetku), způsobila, že Francouzi měli obtíže s tvrzením přednosti oproti výkonu bratrů Wrightů, týkající se prvního letu těžšího než vzduch.
Zřejmě naše automobily nemají parní motor. Musí být nějaký dostatečný důvod pro takový vývoj. Co se stalo?
Motor s výbuchem jednoduše vyhnal motor, jehož „tepelný generátor fungoval spojitě“. Slovo „výbuch“ je nevhodné, pokud nespojujeme s výbuchem rychlou hoření. V „motorech s výbuchem“ se naopak snažíme zabránit vzniku „vln detonace“, smícháním benzínu s látkami „protidetonantními“.
V těchto motorech s velmi rychlým hořením se palivo, smíšené s vzduchem, uvolní energii co nejrychleji a při relativně vysoké teplotě, která je dosažena až na konci komprese. Chlazení vodou a ochlazování umožňuje celku udržet dostatečně nízkou teplotu pro dobré mechanické zajištění. U benzínových motorů je hoření iniciováno jiskrou z svíčky. U dieselových motorů je teplota na konci komprese dostatečná, aby směs paliva a vzduchu reagovala samočinně a zapálila se.
Směs hoří. Její teplota a tlak stoupají. Tím tlačí píst, pohání hřídel, uvolňuje energii, ať už pro pohon vozidla nebo pro výrobu elektrické energie (generátor). Část energie je uložena ve válcovém hmotném kruhu a bude sloužit k následné kompresi. Dostáváme schéma:
- přívod směsi paliva (nafta) a spalovacího vzduchu (vzduch), tedy „reakční směs“
- komprese
- expanze a výroba energie
- vedlejší čas umožňující odstranění spalin, stále s energií uloženou ve válcovém hmotném kruhu
Na čem pracují vědci zajímající se o fúzi „impulzní“ (na rozdíl od spojité fúze cílené v strojích jako je ITER)?
Na „dvoučasových (nebo čtyřčasových) motorech s fúzí“.
Princip:
1 – Přívod reakční směsi
2 – Kompresí (elektromagnetická, energie dodává systém schopný ukládat elektrickou energii)
3 – Fúze s uvolněním energie
4 – Expanze produktů reakce prostřednictvím jednoduchého zvýšení teploty a tlaku
5 – Využití této energie pomocí indukčního MHD generátoru
6 – Nakonec opětovné nastavení systému, což zahrnuje uložení části elektrické energie vytvořené, odstranění produktů reakce a znovu umístění exotermické směsi.
V tomto schématu bylo mnoho prvků již dlouho ovládáno. Přesněji od padesátých let. Například fáze 5. Co je „indukční MHD generátor“? Je to jednoduchá cívka, uvnitř které se pohybuje magnetické pole B. Fúze vytvoří plazma při velmi vysoké teplotě. 100 milionů stupňů, pokud stroj pracuje s deuterium-tritiovou směsí (izotopy vodíku, z nichž jeden je radioaktivní s periodou 12 let a má nevýhodu vytvářet neutrony o energii 14 MeV, což způsobuje aktivaci struktur). 500 milionů stupňů, pokud pracujeme s lithiovou-hydrogenovou směsí (lehkou). Miliarda stupňů, pokud pracujeme s bor-hydrogenovou směsí (lehkou).
Až do jara 2005 se tyto dvě poslední teploty zdály být výmyslem nebo, jak říkal známý aero-nautický novinář s nejistou znalostí fyziky, „technologickým bludem“.
Ve všech třech případech se vytváří plazma helia, jehož jádra jsou elektricky nabitá. Plazma je úplně ionizované. Použijeme-li „slovo“ – řekneme, že plazma pracuje s „velmi vysokým magnetickým Reynoldsovým číslem“.
V tokamacích je to stejné. V tomto případě bylo magnetické pole navrženo a dimenzováno tak, aby úspěšně odolalo rozšíření a difuzi plazmatu pod vlivem jeho vlastního tlaku. Zde je magnetické pole „prohrálo“ a „ztratilo půdu“. Plazma fúze může uvolnit a ochladit, až na konci této expanze se helia ionizuje. „Kompresí magnetického pole“ je synonymem pro indukovaný proud ve solenoidu a právě v této formě se projeví elektrická energie generovaná strojem. Můžeme využít zbytkové teplo, s minimální přínos, pomocí „tepelného stroje“. Nakonec můžeme použít produkt reakce k naplnění vzducholodí, která budou mít výhodu, že nejsou hořlavé. Helium, které před vývojem této technologie zůstalo velmi drahé (převážně vyráběné ve Spojených státech z hornin), najde pak mnoho technologických aplikací. Je to lehký plyn. Zkomprimovaný, může sloužit jako neexplodující zásobník energie pro motorizaci. S vysokou tepelnou vodivostí najde mnoho technologických, dokonce i domácích aplikací. Helium má výhody vodíku, ale bez jeho nebezpečnosti.
V tokamaku funguje magnetické pole jako „neviditelná komora zajišťující uzavření plazmatu“. V indukčním generátoru hraje stejné magnetické pole roli „neviditelného pístu“, celý systém tvoří elektrický generátor dodávající střídavý proud, bez pohyblivých částí, s vynikající účinností (90 %).
To je jen informační článek a nebudu se zabývat technickými detaily, což by mě nutilo začít podrobnou úvodní přípravu do fyziky plazmatu a MHD (oblasti opuštěné ve Francii už 30 let, jak každý ví, takže když ti, kdo zodpovídají za pokus o její obnovu, odjedou do Ruska, jednoho z hlavních center MHD na mezinárodní úrovni, „neví, jaké otázky položit“).
V průmyslové instalaci se okamžitě myslí na kondenzátory jako systém ukládání energie. Je to systém, který tvoří základ pro
Z-mashinu v Sandii
Z-mashina v Sandii, Nový Mexiko
Průměr: 33 metrů. Funkce jako „elektromagnetický kompresor“. Detail: Tento stroj byl původně zcela nebyl navržen jako generátor energie, ani jako stroj, kde by se hledaly velmi vysoké teploty schopné vést k krátkodobé „inerciální fúzi“ na konci komprese. Tento stroj měl jednoduše vojenský účel. Byl navržen jako generátor rentgenového záření velkého výkonu.
Proč? Protože protiraketové zbraně jsou zásadně atomové bomby, které se explodují ve vysoké atmosféře na dráze (balistické) jaderných hlavic „útočníka“. Při explozi vydávají 80 % své energie ve formě rentgenového záření. Očekáváme, že toto záření bude dostatečně silné, aby poškodilo systémy navigace a zapalování hlavic. Naopak se snažíme vytvořit „zpevněné hlavice“, vybavené brněním, které jim umožní odolat tomuto intenzivnímu toku rentgenového záření. Specifikace lidí z Sandie byla tedy následující:
- Vytvořte nám co nejvýkonnější zdroj rentgenového záření, který by vysílal do dostatečně velkého objemu, aby bylo možné umístit blízko zařízení, včetně plně vybavených jaderných hlavic, a tak hodnotit jejich odolnost proti protiraketovým zbraním.
Jak se vyrábí rentgenové záření? Historicky se na katodu naloží emise elektronů, které se urychlí na takovou rychlost, aby při dopadu na anodu atomy anody byly excitovány a vysílaly tento druh záření. Avšak takové systémy by vydávaly výkony naprosto nedostatečné pro použití tohoto záření při testování jaderných hlavic. Výzkumníci z laboratoře Sandia proto zvážili kompresi kovových prvků tak, aby dosažená teplota způsobila jejich chování jako emitorů rentgenového záření.
První pokusy byly uspokojivé. Zařízení vydávalo výboje, které vyhovovaly vojákům. Poté v roce 1998 byla dosažená teplota 1,6 milionu stupňů. Viz:
http://www.sandia.gov/media/z290.htm
Zpravodajství laboratoře Sandia, 1998: 1,6 milionu stupňů!
Pokud si přečtete článek, uvidíte, že jeho autoři zdůrazňují vysoký výkon záření v rentgenovém pásmu. Kromě toho byla teplota terče zvýšena na 2,2 milionu stupňů, ale „průměrně“ se pohybuje kolem 1,6 milionu kelvinů. Začínáme trochu mluvit o fúzi, ale bez přílišného víry. Ve skutečnosti nejde o první pokus, kdy vědci chtěli dosáhnout vysokých teplot tím, že způsobili implozi kruhové terče. Klasicky se používá část válce, kterou nazývají „liner“. Dnes mi chybí čas, abych zmínil celou tuto cestu, kde Rusové sehráli hlavní roli, následovaní týmem Fowlera v Los Alamos. Avšak dosud používali spojitý „liner“. Cílem bylo procházet tenkým válcem velmi vysokým proudem, měřeným nejdříve v milionech ampérů, později v desítkách milionů ampérů (20 milionů ampérů ve Z-machine). Tento proud vytváří magnetické pole, které reaguje na materiál prostřednictvím systému radiálních a dostředivých sil, tlačí jej k ose. Avšak tento proud je náchylný k nestabilitě. Důsledek: válec se neimplozuje k ose, ale... chaoticky. Často v bodě vzdáleném 1 cm od osy! (rozměry ruských linerů: 6 cm průměr, 1 cm výška).
Výzkumníci z Sandia nahradili válec tenkou mřížkou jemných drátů, které samozřejmě během procesu vypaří a nakonec se promění v „plazmovou záclonu“. Avšak původní struktura zaručuje lepší osovou symetrii procesu, tedy lepší fokusaci. Deeney, hlavní tvůrce projektu, se odváží snít o tom, že jednou jeho stroj dosáhne teplot srovnatelných s těmi v tokamacích, tedy přibližně sto milionů stupňů.
A pak nastala obecná překvapení, neočekávané. V květnu 2005 proběhla imploze „drátového lineru“ tak úspěšně, že konečná teplota dosažená během komprese přesáhla... dvě miliardy stupňů! Teplota, která nikdy dříve nebyla dosažena, ani v nejvýkonnějších termojaderných zbraních. Co se změnilo? Deeney trochu zvětšil průměr lineru: 8 cm místo pěti. Navíc byly několik set jemných wolframových drátů nahrazeny ocelí.
Zde je oznámení, datované 8. března 2006, vydáno samotnou laboratoří Sandia, které oznámilo tento úspěch:
Zkontrolovali to, opakovali manipulaci několikrát, měření. Výsledek je jasný: výsledek je skutečný. Nejde o artefakt ani o chybu měření. Senzory byly mnohé a přesné. Navíc se ukázalo, že celková energie vyslaná ve formě rentgenového záření je čtyřikrát vyšší než kinetická energie dodaná tyčím během stovky nanosekund trvání imploze. Malcolm Haines, ředitel anglického laboratoře fyziky plazmatu v Cambridge, byl tento výsledek předán bez jakéhokoli omezení. Pomalu stoupající teplota Z-machine způsobila, že nikdo nepřemýšlel o tom, že by měl použít filtr „obrátného zabezpečení“ pro výsledky. Je to totiž jen stroj na vytváření rentgenového záření pro testování odolnosti hlavic, že?
Haines, přátelský vědec z týmu, kterého znám už od roku 1976, napsal článek, který odeslal do Physical Review Letters, a ten byl publikován 24. února 2006.
Časopis publikoval článek bez jakýchkoli pochybností. Vždyť v angličtině se „milion“ píše stejně jako ve francouzštině a „miliarda“ se získá změnou m na b, což dává: billion.
Několik internetových stránek zmíní tuto zvláštní novinku:
Právě v laboratoři byla dosažena nejvyšší teplota dosažená doposud
Science et Vie a Science et Avenir převzaly tuto informaci na pět řádků, aniž by ji komentovaly. Už tři měsíce nic v oblasti vědy, nic v Pour la Science (což je francouzský ekvivalent Scientific American, který se také nezdá být ohromen touto významnou výstavbou). Nic v Recherche. To je „obecné ticho“.
Lze uvést několik důvodů pro tuto nepřítomnost reakce.
-
Mnoho lidí si neuvědomuje rozsah tohoto úžasného výsledku.
-
Jeho důsledky velmi znepokojují „jaderné krále“ (projekt Mégajoule a Iter). Skutečně zcela zpochybňují dominantní projekty. A právě ti samí jaderní králové drží v rukou média o vědě.
-
Militární důsledky byly poznány až později. Nikdo neměl instinktivní nápad, že by měl přikrýt tento výsledek „obrátným zabezpečením“. Ale už je pozdě – „kočka je venku z pytle“, jak říkají anglosaské.
Pro mě i pro odborníky, francouzské i zahraniční, s nimiž jsem měl kontakt, je zřejmé, že fúze je na konci cesty. Stačí například umístit jehlu hydridu lithia do středu „kličky pro ptáka“ nebo tenkou tyčku pevného deuteria-tritia (kterou už dlouho dokážeme vyrábět), abychom dosáhli důležitých experimentů s vysíláním jader helia, snadno identifikovatelných.
Pro lidskost je to zdroj energie, neomezený, neznečišťující, nezradioaktivní, stroj, který může za několik let změnit celou organizaci a politiku naší planety.
Pro vojáky je to vodíková bomba a neutronová bomba dostupná i pro země s nejmenším rozpočtem, nekontrolovatelné šíření termojaderné zbraně. Stroj jako ten v Sandii stojí přibližně jednu setinu ceny tokamaku jako ITER.
Základní principy strojů MHD