Revolúcia? Helion Energy chce mať funkčný fúzny reaktor do roku 2028

Ak sa vám zdá, že riadená jadrová fúzia je na spadnutie, máte pravdu. Zdá sa vám to. Možno už celkom neplatí historické klišé, keď sa od polovice 20. storočia neustále hovorilo „ešte 50 rokov“ a dnes sa hovorí „len“ o horizonte 25-tich rokov, ale stále je tu množstvo nezvládnutých výziev.

Americký startup Helion Energy určite vzbudzuje nádej na akceleráciu ovládnutia jadrovej fúzie, hlavne pre odlišnú koncepciu reaktora, jadrového paliva, aj pre inovatívny prístup ku generovaniu elektrickej energie. Kým existujúce jadrové elektrárne a (tie budúce fúzne nie sú výnimkou) vyrábajú elektrinu na archaickej úrovni „parného stroja“ (turbína –generátor), koncepcia Helion je iná a pracuje priamo s pohybom plazmy v magnetickom poli. Ale ani Helion Energy sa nevyhla „termonukleárnej kliatbe“ posúvania termínov. V roku 2021 totiž firma sľubovala, že v roku 2024 bude mať k dispozícii funkčný fúzny reaktor, čo sa nestalo. Dnes tento míľnik posúva o 4 roky neskôr, keď tvrdí, že to zvládne do roku 2028.

Výstavba fungujúceho jadrového fúzneho reaktora je v podstate neprekonateľnou výzvou aj pre zoskupenie viacerých bohatých krajín, ako vidíme pri meškajúcom megaprojekte ITER. Súkromný start-up Helion Energy si však myslí, že ho môže postaviť a začať dodávať energiu do roku 2028 s iným prístupom ako reaktory typu tokamak, alebo stelarátor.

Spoločnosť Helion bola založená v roku 2013 a zaujala vďaka kolu financovania vo výške 425 miliónov dolárov, ktoré podporujú miliardári ako Sam Altman a Peter Thiel. S vyzbieranou sumou viac ako 1 miliarda USD je spoločnosť teraz ocenená na 5,4 miliardy dolárov. Investorov zaujal nekonvenčný prístup Helionu, aj pokrok, ktorý firma dosiahla pri ovládaní horúcej plazmy (pozri odkaz vyššie).

Trvalá fúzna reakcia, ktorá produkuje viac energie, ako spotrebuje, sa však zatiaľ nikdy nepodarila, napriek marketingovým tvrdeniam niektorých výskumníkov, účelovo skresľujúcich dáta.

Najväčší projekt, ITER (Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor), by mal stáť až 22 miliárd dolárov a nebude spustený minimálne do roku 2034. Stále nevyvolal trvalú reakciu a ak sa to aj podarí, stále ide len o experiment, nie o komerčnú elektráreň. Najdlhšie udržanie vysokoteplotnej plazmy s teplotou 100 miliónov stupňov K o dĺžke 1 066 sekúnd (17 minút a 46 sekúnd) tento mesiac dosiahol reaktor EAST v Číne.

Teploty pri experimentoch s jadrovou fúziou sú oveľa vyššie ako v jadrách hviezd, kde neustále dochádza k fúzii. Hviezdy sa môžu spoľahnúť na vysoký tlak, ktorý udrží vodík (prípadne hélium) pohromade, aby sa jadrá mohli spojiť pri nižšej teplote. Vodík alebo hélium v reaktoroch má však oveľa nižšiu hustotu, takže plazma potrebuje vyššie teploty a musí existovať dlho, inak nezískame konzistentný výkon. 

Čínsky tokamak EAST

Prečo si teda Helion myslí, že môže uspieť? Väčšina experimentálnych reaktorov stláča plazmu pomocou magnetického alebo inerciálneho uväznenia, ktoré ju zahrieva natoľko, že vyvolá fúznu reakciu. Akonáhle sa to podarí, teplo generované fúziou bude poháňať parnú turbínu a tá zas generátor na výrobu elektriny.

Helion sa zaobíde bez parnej turbíny (aj bez generátora). Palivo (deutérium a hélium-3) sa vstrekuje do oboch koncov reaktora v tvare presýpacích hodín a potom sa zahrieva na plazmu. Magnety formujú kúsky tejto plazmy do tvaru šišky a vystreľujú ich proti sebe rýchlosťou viac ako 400 km/s. Zrážajú sa v úzkej strednej časti reaktora a tam sú ďalej stláčané magnetmi. To ich zahreje na „magických“ 100 miliónov stupňov Kelvina, čím sa vytvorí fúzia.

Keď sa plazma rozpína, tlačí späť magnetické pole z magnetov reaktora. Podľa Faradayovho zákona zmena poľa indukuje prúd, ktorý je priamo zachytený ako elektrina, čo umožňuje fúznemu generátoru Helion preskočiť parný cyklus. Tento systém je jednoduchší a potenciálne efektívnejší ako parná turbína s generátorom.

Helion už predtým dosiahol zaujímavé výsledky s reaktorom 6. generácie „Trenta“, postavenom v roku 2020. Bol v prevádzke 16 mesiacov a zvládol viac ako 10 tisíc vysokoenergetických pulzov s teplotou plazmy vyše 100 miliónov stupňov.

Kým ale Trenta vytváral fúzne pulzy každých 10 minút, nový reaktor Polaris má zvládnuť jeden fúzny pulz za sekundu. Ambíciou firmy bolo dosiahnuť čistý zisk energie do roku 2024.

Hoci spoločnosť dosiahla dostatočne rýchle pulzové frekvencie na vytvorenie fúzie, doteraz to urobila len v malom meradle. „Existuje niekoľko veľkých technických výziev, aby sme sa dostali k týmto vysokým mieram opakovania pri takých veľkých pulzných silách, kde hovoríme o miliónoch ampérov,“ povedal zakladateľ a generálny riaditeľ Helionu David Kirtley.

Fúzia produkuje obrovský príval energie a doteraz ho nikto nedokázal kontrolovať a využiť. Helion si myslí, že jeho jednoduchší systém to zvládne, ale musí to ešte dokázať. Komerčná elektráreň bude až ďalším krokom. Napriek tomu firma tvrdí, že jej reaktor Polaris je už teraz „v prevádzke“, hoci dodnes nezverejnila žiadne dôkazy. Uvidíme, či sa v roku 2028 dočkáme prielomu, alebo len ďalšej „časovej iterácie“, ako sme v prípade riadenej jadrovej fúzie zvyknutí.