Studená fúze je jako bludička v temnotách energetiky. Od aféry Fleischmanna a Ponse, kteří v roce 1989 uvedli celý svět v omyl zpackaným výzkumem, a údajným objevem studené fúze, se tenhle jev občas zjevuje zatoulaným fyzikům, které může svést na scestí. Koho by nelákala vidina laciné a snadno dostupné energie pro všechny, ze které by mohl vyrůst šťastný nový svět? Jaderná fúze za pokojové teploty a všeobecně přívětivých podmínek by takovou moc měla.
Mihotavé přísliby studené fúze zlákaly i společnost Google. V roce 2015 se její představitelé rozhodli, že fenomén studené fúze stojí za pozornost a za pořádný výzkum. Google poté rozdělil 10 milionů dolarů mezi zhruba tři desítky vědců, aby prověřili tři experimenty navržené kvůli studené fúzi.
Týmy University of British Columbia, Massachusetts Institute of Technology, University of Maryland a Lawrence Berkeley National Laboratory intenzivně utrácely přidělené prostředky a zkoumaly studenou fúzi ze všech stran. Časopis Nature v těchto dnech uveřejnil první výsledky jejich úsilí.
Ponecháme-li stranou veškeré ohledy, projekt studené fúze Google selhal. Vědci nenašli sebemenší náznak toho, že by studená fúze mohla fungovat. Nebyla to definitivní porážka, výsledky výzkumu nicméně prakticky pohřbily naději, že by studená fúze, tak jak si ji dnes představujeme, mohla v dohledné době přinést revoluci v energetice.
Úplně zbytečná prý ale jejich práce nebyla. Získali nové informace o interakcích mezi vodíkem a dalšími prvky, které mají vliv na nízkoenergetické jaderné reakce. Během projektu rovněž vznikly nové užitečné materiály a přístroje, jako například kalorimetry, které spolehlivě pracují v extrémních podmínkách nebo technologie pro výrobu a zkoumání vysoce hydridovaných kovů.
Účastníci programu doufají, že jejich byť neúspěšný výzkum v této vzrušující oblasti fyziky, inspiruje další badatele. Sami hodlají v hledání studené fúze pokračovat, i když je to nejspíš jen přízrak. Podle nich jde o typický příklad výzkumu, kde je vysoké riziko neúspěchu a zároveň velmi vysoký možný prospěch. Pokud by totiž studená fúze skutečně fungovala, tak se promění celá civilizace.
Video: How Close Are We to Fusion Energy?
Literatura
University of British Columbia 28. 5. 2019, Nature online 27. 5. 2019.
Velká Británie hledá místo pro první komerční fúzní elektrárnu
Autor: Stanislav Mihulka (13.12.2020)
Radikální fúze australského startupu HB11 Energy předčila všechna očekávání
Autor: Stanislav Mihulka (22.02.2020)
Experiment s magneto-inerciální fúzí v Los Alamos se blíží ke spuštění
Autor: Stanislav Mihulka (22.10.2019)
Jak stabilizovat přehřáté plazma ve fúzních reakcích?
Autor: Stanislav Mihulka (13.01.2019)
Rekordně účinná jaderná fúze v laserem žhavených nanodrátcích
Autor: Stanislav Mihulka (16.03.2018)
Diskuze:
Studená fůze? Příkladem jsou mimozemské lodě
Lubomír Harazim,2019-06-17 13:09:34
Kdybychom se vážně chtěli zabývat studenou fůzí a neplýtvat časem a penězi, bylo by potřeba se také poohlédnout, jaké stopy zde zanechávají lodě mimozemských civilizací. Spálená zem... Osoby, které se nacházeli v blízkosti lodí byli popáleni, onemocněli rakovinou.
Vyspělejší civilizace než-li ta naše, ale studenou fůzi také nemají.
Znáte jejich technologie, které se využívají a přišli hlavně z USA?
Položili základy této překotné technologické revoluci, ve které dnes žijeme.
Plošné spoje, vysoká míra integrace, noční vidědění, kevral, světlovodné kabely, neviditelné letouny...
chyba je v nepochopení
Joseff Navrátill,2019-06-07 18:28:15
Myslím si, že fůze se nikdy nezdaří dokud/pokud nebude přehodnocen Heisenbergův princip neurčitosti.
někde je teoretická chyba
Joseff Navrátill,2019-06-02 11:59:10
Myslím si, že fúze se nikdy nezdaří dokud nebude přehodnocen Heisenbergův princip neurčitosti
Fyzikálně je to možné
Jiří Kolumberský,2019-06-02 09:51:43
Vidím to jako ryze technologickou záležitost. Malé, lokální zdroje by mohly mít fyzické rozměry několika desítek decimetrů krychlových a výstupní výkony řádu stovek kW. Ale počkal bych s tím, napřed bych nechal vyřádit bojůvky Gretajugend a všechny další ekologisty, aby si na lidech vyzkoušeli své utopie. Populace celého světa je a za to určitě bude dlouhou dobu šíleně milovat.
Re: Fyzikálně je to možné
Vojta Ondříček,2019-06-02 14:18:56
To o malých lokálních zdrojích nevyčerpatelné energie sní lidé odjakživa. A takové "kapesní" zdroje s výkony stovek kWe by jsme potřebovali jako sůl. Bohužel je to realizovatelné pouze v odvážných románech genre SciFi. Pomyslete, takový zdroj o velikosti krabice na klobouky by umožnil vyhodit z automobilů smrdící, hlučné a těžké spalovací motory.
...
Jenže právě ta pozemská fyzika neumožňuje realizaci takových zázraků.
Nechci rýpat
Alexandr Kostka,2019-06-01 11:31:54
Samozřejmě každý cent na vědu a výzkum dobrý, nicméně když se rozdělí 10 milionů USD 30 různým týmům, tak dostane v průměru každý 333 tisíc. Což odpovídá tak 5-6 solidním ročním platům v USA. Rozhodně to není dost na držení týmu, laboratoře, vybavení atd atd. Pravda, jak říkám, i málo pomůře..
Re: Nechci rýpat
Vojtěch Kocián,2019-06-03 19:51:19
Předpokládal bych, že to nebylo na plnohodnotný soustředěný výzkum nových technologií, ale na rešerše a ověřování nadějných experimentů provedených již předtím (jak je ostatně uvedeno v článku). Jen tak pro jistotu, jestli se někde něco nepřehlédlo. Na to mi to přijde jako velmi slušná částka.
Ono je to stejně dost jedno
Pavel Hudecek,2019-05-31 21:47:48
Studená fúze, právě kvůli studenosti žádné závratné využití neumožňuje. Dala by se s tím postavit lokální teplárna, ale elektrárna ne.
Re: Ono je to stejně dost jedno
Vojta Ondříček,2019-06-02 14:43:13
Mno ... ten výraz "studená" ve spojení s fůzí protonů, nebo jader lehounkých prvků je použit pro teploty pod milionem stupňů k odlišení od "horkých" podmínek probíhající fůze ve vodíkových bombách, či v nitru hvězd.
Na naší mateřské hvězdě je v reakční zóně teplota zhruba 15,6 x 10^6 K, ovšem při úděsném tlaku kolem 200 x 10^9 barů. Nebyl jsem tam, neměřil jsem, opisuji z Wiky. Jeden litr materiálu z reakční zóny Slunce má hmotnost kolem 150kg a produkuje výkon 0,14Wt, který by stačil tak akorát na napájení slabší LED. Hustota výkonu je tak naštěstí dostatečně nízká, aby nám Slunko vydrželo svítit ještě pár miliard let.
V tepelných elektrárnách si vystačí s teplotami podstatně nižšími.
Zajímalo by mě
Pavel Aron,2019-05-31 12:56:23
Zda někdo zkoušel jiný princip tedy prudké ohřátí malého množství směsi vodíku a třeba tritia nebo i s lithiem za většího tlaku paprskem laseru. Mohl by mít dnešní laser dostatečnou energii na dosažení fúze ?
Re: Zajímalo by mě
Milan Štětina,2019-05-31 16:20:38
To se samozřejmě zkouší (viz např. https://en.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility nebo https://en.wikipedia.org/wiki/Inertial_confinement_fusion).
Fúzi se tímto způsobem již podařilo zažehnout (stejně jako v tokamaku), ale problém je, že zařízení (principielně) nepracuje kontinuálně a na jeden pulz se uvolní méně energie, než se spotřebuje na zapálení.
Jinak pokud to dobře chápu, tak princip činnosti není, že by laser ohřál vzorek přímo na ty miliony kelvinů, ale spíše jen tisíce až desetitisíce, což vytvoří v materiálu tlakovou vlnu, která se koncentruje ve středu kuličky, kde pak vzniknou ty extrémní podmínky nutné pro zážeh. Je to podobný princip jako sonoluminiscence a oba přístupy patří právě do studené fúze, o které je tento článek.
Tokamak (tedy zařízení pro horkou fůzi, kde se jádra vodíku stlačí a drží magnetickým polem a ohřívají elektrickým proudem nebo mikrovlnami) principielně může pracovat kontinuálně, ale jsou tam technické problémy se stabilitou plasmatu (plasma je elektricky nabité, jeho turbulentním pohybem vzniká magnetické pole, které interaguje s polem cívek a plasma pak uteče z magnetické pasti), s odvodem tepla, se silným neutronovým a gama tokem a tak. To jsou ty drobné potíže, které vědci už 40let slibují do 10 až 20 let vyřešit, ale problémy to opravdu nejsou jednoduché.
Re: Re: Zajímalo by mě
Pavel Aron,2019-05-31 16:40:28
Díky za odkazy. Mrknu na ně.
Mě napadlo, zda by ten laserem vyvolaný zážeh nešlo použít analogicky ( tedy ne úplně) jako u vznětového motoru.
Principelně nevidím důvod proč by to nešlo.
Proto mě zajímalo, zda už to někdo zkoušel a na jaké narazil problémy.
skepse ke studené fúzi
Milan Štětina,2019-05-31 11:08:36
Nějak mi není jasný ten fyzikální princip, jak by studená fůze mohla fungovat jako zdroj energie. Trochu jsem pátral a počítal: proton-protonový cyklus (tj. postupné slučování 4 jader vodíku na jádro hélia) má výtěžnost 26MeV ve formě gama-fotonů (pro šťouraly 26.73MeV, ale část energie odnášejí neutrina, které neumíme využít, reakce může probíhat různě a vznikají různá neutrina - dovolil jsem si využitelnou energii odhadnout a zaokrouhlit). Gama-fotony umíme využít jen tím, že ineragují z hmotou, předají ji svou energii a ta se projeví jako neuspořádaná kinetická energie částic, tj. teplo.
Pro sloučení dvou protonů je potřeba jeden (nebo oba) urychlit (buď v urychlovači nebo teplotou). Vychází mi to kolem 15MeV do pevného terče (reálně spíše více, aby se zvýšila pravděpodobnost reakce), tj. 7,5MeV na jádro. Pro celý cyklus jsou potřeba 4 jádra vodíku, takže celkem 30MeV.
Teď nevím - když na ohřátí paliva spotřebuju více energie, než se uvolní spálením, tak to není zdroj energie, ale spotřebič. Zřejmě tedy dělám chybu, že těch počátečních vložených 30MeV se musí přičíst k těm uvolněným 26MeV.
Všechny varianty studené fůze jsou podle mě varianty na stejné téma: dodáme těch 8MeV na jádro a získáme v nejlepším případě 14MeV na jádro, což musíme transformovat na elektřinu, uživit tím ten ohřívač vodíku a teprve zbytek je vyrobený energie. Když uvážím ztráty zářením černého tělesa, účinnost carnotova cyklu (to je maximální účinnost s jako lze převádět teplo na jiný druh energie - mechanickou nebo elektrickou) tak mi vychází, že tak úplně studená ta fúze být nemůže (pravda 1400 kelvinů je o dost příznivější teplota než 15 milionů) a klade to dost extrémní požadavky na materiály.
Rozumnější se jeví, aby gama fotony rovnou ohřívaly ten vodík, což má účinnost velkou, takže pak řeším jen ty ztráty zářením černého tělesa, což je vlastně užitečný výkon reaktoru. Jenže to je právě ta horká fúze.
Re: skepse ke studené fúzi
Milan Štětina,2019-05-31 15:45:30
Omlouvám se, ale spletl jsem se více než o řád: aktivační energie je ve skutečnosti 500keV na jádro, takže 4 jádra pro proton-protonovou reakci představují 2MeV a uvolí se 26MeV (+možná ty vložené 4MeV). Za těchto poměrů se mi jeví fúze "katalyzovaná" urychlovačem protonů jako realizovatelná. Mohl by někdo, kdo tomu více rozumí vysvětlit, proč to nejde? Napadá mě několik možností:
1. Malá účinost urychlovače - vlastní urychlování je myslím bez problémů, ale ještě je tu proces generování protonů a taky v urychlovači se musí udržovat vakuum, nějakou energii stojí fokusační cívky (nemám s tím zkušenosti, tak nevím)
2. Process záchytu/srážení protonů má malou účinnost - jsou možné buď dva vstřícné paprsky (kde bych očekával, že spousta protonů bez užitku proletí) nebo střílet do pevného terče (tam zase bude činit potíže, že vodík je plynný a musí se vyřešit přechod vakuum nádoba s plynem/plazmou - když to bude pevnolátková nádoba, tak bude pohlcovat protony, když to bude magnetické pole, tak bude odklánět svazek)
3. Problémy s výkonem - pro energeticky zajímavé použití musí být výstupní výkon v řádech 100 až 1000MW, takže podpůrný urychlovač v řádech 10 až 100MW (to ale nejspíše problém není, protože LHC v CERNu podobných výkonů dosahuje)
4. Přesto, že to vypadá jednoduše, ještě to nikoho nenapadlo - to ale nepředpokládám
Re: Re: skepse ke studené fúzi
Pavel Hudecek,2019-05-31 21:39:29
2 je správně. Mám dojem, že k tomu je i nějaký zcela neprůstřelný početní důkaz, že je to bez šance.
Zkoušely se i různé advanced varianty, kde je snaha nepoužité částice recyklovat, bohužel těch, které se nezfúzují a přitom rozptýlí, takže už nemůžou být jednoduše recyklovány (letí náhodným směrem), je příliš mnoho.
Nakonec se skončilo u závěru, že jediná fungující možnost je, nechat to srážení a recyklaci na termodynamice. To už vede na splnitelné podmínky, jmenují se Lawsonovo kritérium. Běžně splnitelné je ve hvězdách, na Zemi ho zatím umíme jen na chvilku a jen pro D+T ve vodíkové bombě.
Pak je ještě jedno funkční fúzní zařízení tohoto druhu, které se dá postavit dokonce i doma. Jmenuje se Farnsworth–Hirsch fusor. Tam jde o srážení D+T, nebo i D+D (lze sehnat) v jednoduchém, kulově symetrickém urychlovači. Ale mám dojem, že ani autoři nikdy nepředpokládali kladnou energetickou bilanci. Užitečné je to jako zdroj neutronů, který jde zapnout a vypnout.
No, tak nějak,
Dag Bedmen,2019-05-31 10:32:01
ve své praxi jsem se setkal, s dost záhadným výbuchem. Při elektrolýze NaCl v elektrolyzéru tvořeném litinovou vanou se sílou stěny 20mm, osazeném železnou katodou a anodou z titanu s povrchem s oxidy ruthenia, se občas stalo, že se v železné katodě vytvořila "kapsa" naplněná nejspíše vodíkem (vzniklo vyboulení na katodě) a došlo ke zkratování s anodou a do elektrod se prostě vypálila díra, to se zjistilo až při běžné revizi elktrolyzérů. Bohužel jednoho dne se stala mimořádná událost kdy, došlo k výbuchu, který rozmetal elektrolyzér na kusy, včetně odvalení dalších elktrolyzérů v jeho blízkosti. Jako příčina výbchu byl označen zkrat v elektrolyzéru a na základě tohoto byly ve všech elektrolyzérech vyměněny katody za kvalitnější u kterých již k vytváření kapes nedocházelo. No a mě tak napadlo, zda v kapse v katodě nedošlo ke "studené fůzi". Neboť i část elektrod se odpařila. Tlak uvnitř kapsy musel být obrovský - roztržení elektrody zevnitř - elektrolyt jistě obsahoval ve větší míře i "těžkou" vodu - voda pro přípravu elekrolytu v podstatě neustále cirkulovala a jen se doplňovaly ztráty, vysoká proudová hustota 5 A na cm2 mohla uvězněný plyn silně ionizovat. Uvolnění, tak velkého množství energie bylo prostě podivné.
Re: No, tak nějak,
Jiří Kocurek,2019-05-31 12:20:59
Z vašeho příspěvku nevyčtu velikost elektrolyzéru, ani způsob jejich zapojení. Nelze tedy ani hádat, kolik vodíku se mohlo uvolnit.
Nicméně moje úvaha je následující: Pokud v elektrolyzéru praskne katoda (přitahuje kationty, zde sodík), tak se do značné míry omezí průchod proudu, není-li rovnou přerušen.
Takže máme v elektrolyzéru nulový elektrický proud, kusy katody pokryté sodíkem a vodu. Sodík reaguje s vodou za vývinu vodíku. Vodík umí vybuchovat a umí to nejlíp ze všech plynů, detonuje téměř v jakékoliv koncentraci.
Byly-li elektrolyzéry zapojeny sériově, tak byl proud přerušen ve všech na téže větvi obvodu a elektrolytická reakce se obrátila i v nich.
PS: Neuvedl jste materiál katody. Jen teda napíšu, že běžná konstrukční ocel vydrží tlak cca 300 MPa, vysokopevnostní ocele okolo 1600 MPa. Kotel parní lokomotivy býval tlakován na 3 MPa a přesto občas vybouchl.
Re: Re: No, tak nějak,
Ivan Samela,2019-05-31 13:10:42
kotol parnych lokomotiv obvykle "buchne" preto, lebo je v nom malo vody a ak sa hladina vody dostane pod uroven stropu kotla (zdroja tepla) tak z tejto casti kotla uz nie je efektivne odvadzane teplo, dojde k jeho prehriatiu a teda aj k poklesu tuhostnych charakteristik materialu...
Re: Re: No, tak nějak,
Dag Bedmen,2019-06-01 10:06:39
Elektrolyzér měl objem 0,4 m3, zapojen byl proudově paralerně, průtokově sériově v kaskádě, sodík se na anodě nevylučoval, na anodě se oxidoval chlor z -1 na +5 ox.číslo, vodík byl z prostoru elektrolyzéru odsáván a přes vypírací věž vypouštěn do atmosféry. Pokud došlo k ucpání odsávacího potrubí byl zajištěn odvod vodíku přes vodní uzávěr, který byl průběžně (trvale) proplachován vodou, aby nedošlo k jeho zakrystalování a tím ke vzniku nebezpečného hromadění vodíku v elektrolyzéru.
jestli jsou mé laické názory správné
Jarda Votruba,2019-05-31 08:05:23
tak aby fůze proběhla, je třeba dodat počáteční energii, která překoná odpor jader a pak až se uvolní další energie. A ta vstupní energie není malá. Takže minimálně startér bude muset být docela velká mašina. Tím pádem by představa malé pohonné jednotky vzala za své.
Spíše bych se zaměřil na syntézu izotopů různých prvků. Třeba by to byla možná cesta.
Ale je to jen můj laický názor.
Spíš bych
Mojmir Kosco,2019-05-31 05:34:10
Google pochválil že podporuje základní výzkum.Teoriticke předpoklady pro studenou fuzy existují.Zakladni výzkum proste je o velkém riziku neúspěchu s malou naději na velký zlom.
Re: Spíš bych
Mojmir Kosco,2019-05-31 08:37:37
Este to rozvinu. Jak je psáno i níž .V společnosti existují sociální bubliny jeden z příznaků je i nepřipuštěni převratných myšlenek z důvodů předběžné opatrnosti.A teď pozor
postupy vedoucí k předběžné opatrnosti jsou dané na základě dřívější zkušenosti tu zkušenost na začátku je potřeba udělat ale potom je nezahrnout do postupu je ignorance ale umožní to zkoumat i takové výzkumy jako jsou nová antibiotika nebo studená fúze ,ale prodraží se to ovšem je to levnější nez tyto náklady ignorovat.To se ovšem tohoto výzkumu netýká . Neznám teoretické základy studené fuze jsou tu články které to připouští a rozhořčene reakce které uvedení do reálu zásadně popírají.takze jak umožnit výzkum renomovaný tohoto jevu?Je přece jasné že lítat pro lidi je nemozne a v tunelu od rychlosti větší než 70 kmh vás to vysaje?dnes kvantový posun ,warpovy pohon, gravitační výtah a podobné nemožné šílenosti .takový projekt vám žádná grantova komise neschválí.musi nastoupit soukromý kapitál.ten to ovšem může uvolnit jenom v případě že je v demokratické vzdělané společnosti ( nebo v armádě kdekoliv) .
.
Re: Spíš bych
Jan Novák9,2019-06-02 17:35:47
Můžu se zeptat jaké teoretické předpoklady jsou pro studenou fůzi? Pokud já vím tak není žádná teorie která umožňuje dostat protony dostatečně blízko bez teploty a tlaku. Nejsilnější síly v atomárním světě jsou pořád o několik řádů nižší.
Re: Re: Spíš bych
Milan Štětina,2019-06-03 07:56:23
Bez dodání energie částicím (protonům) to nejde. Jde o to, že teplota je průměrná energie velkého souboru částic. Pokud dosáhnete nerovnovážného stavu, kdy někde se soustředí částice s velkou energií a jinde s malou, tak v oblastech s velkou energií může dojít k fůzi.
Zkouší se zvuk o velké intenzitě (zvuk je vlastně periodická změna tlaku, plyn se stlačením ohřívá - tímto způsobem lze plyn minimálně rozsvítit, tj. ohřát na několik tisíc stupňů - jev je známý jako sonoluminiscence) nebo stlačovat/ohřívat laserovým pulsem (hledejte laser initialized fusion) nebo lze dodat částicím energii urychlovačem. Nic z toho ale nevede (zatím nevedlo) na kladnou energetickou bilanci, tj. energie nutná na "zažehnutí" je větší, než se uvolní slučováním vodíku.
Takže nám zůstává horká fúze
Vladimír Wagner,2019-05-30 20:36:05
Je tak potřeba se soustředit na klasickou fúzi, a tedy v současnosti na projekt ITER. Povídání o stavu a možné budoucnosti jaderné energetiky (té fúzní Honza Horáček štěpné já) jsme měli nedávno povídání pro pražské Science Café. Nahrávalo se to a pěkně upravené i dobrým zobrazením prezentací to je zde: https://slideslive.com/38916074/co-prinese-nova-era-jaderne-energie .
jako laik si myslím že studená fůze může existovat.
Karel Ralský,2019-05-30 16:11:19
Protože samotná příroda nám ukazuje směr, kterým se máme ubírat například při bouřkách.Je tady však jeden faktor kterého se bojím že "nenažranost" některých lidí způsobí fatální kolaps(obrovské neštěstí při uvolnění energie z kovových prvků), když tam toho budou zkoušet více než "několik" atomů třeba niklu(věřím že existuje více oken než nikl/měď). Vždyť gravitační síla odpovědná za většinu slučování atomů je několika násobně "slabší" než ostatní fyzikální veličiny.
Re: jako laik si myslím že studená fůze může existovat.
Jiří Kocurek,2019-05-30 19:02:01
Pár poznámek:
a) pokud chcete jadernou fúzí syntetizovat cokoliv těžšího než železo, tak musíte energii naopak dodat.
b) Gravitační síla rozhodně není zodpovědná za slučování jader.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
