Nový úspěch laserové fúze: zesílení 4,13  
Laserové zařízení NIF dosáhlo při výzkumu jaderné fúze nového úspěchu. Při energii 2,08 MJ vložené do terče uvolnilo 8,6 MJ fúzní energie. Vložená energie byla jadernou fúzí zesílena 4,13krát.
Terč tvořený hohlraumem a palivovou kapslí (kredit LLNL)
Terč tvořený hohlraumem a palivovou kapslí (kredit LLNL)

National Ignition Facility (NIF) v Kalifornii je nejvýkonnější laserové zařízení na světě, ve kterém probíhá výzkum termojaderné fúze s inerciálním udržením paliva. Zařízení disponuje 192 lasery o celkovém výkonu až 500 terawattů (TW). Jde o vojenské zařízení, jehož hlavním úkolem je vývoj jaderných zbraní bez provádění jaderných zkoušek. Část provozního času je ale vyhrazena pro výzkum jaderné fúze.

 

Výstavba NIF začala v roce 1997 a byla dokončena v roce 2009. Náklady byly oproti původnímu rozpočtu čtyřnásobné. Po zprovoznění hlavních technologií se vědci zaměřili na instalaci, kvalifikaci a integraci pokročilých nadstavbových systémů a vědeckých platforem. Experimenty související s jadernou fúzí byly zahájeny v roce 2011 a soustředily se na nepřímé zapálení fúzních reakcí v deuterium-tritiovém palivu.

 

Energetický tok NIF při fúzních experimentech (kredit LLNL)
Energetický tok NIF při fúzních experimentech (kredit LLNL)

Při nepřímém zapálení je palivová kapsle o velikosti zrnka pepře umístěná v malém válečku, tzv. hohlraumu. Lasery nejsou zaměřeny na palivovou kapsli, ale na vnitřní stěnu hohlraumu. Důvodem je, že při přímém působení laserů je palivová kapsle ohřívána nerovnoměrně a palivo je proto obtížné stlačit. Naopak, když lasery zasáhnou hohlraum, vzniká intenzivní rentgenové záření, které vyplní hohlraum a homogenně zahřeje celý povrch kapsle. Povrch kapsle se odpaří a přitom dojde ke stlačení paliva uvnitř. Vytvoří se tím extrémní podmínky, jaké panují v jádru hvězd. Při posledních experimentech bylo dosaženo tlaku přes 600 miliard atmosfér. Fúzní reakce pak proběhne dříve, než se palivo rozptýlí. Po celou dobu reakce je drženo vlastní setrvačností, a proto se tento mechanizmus označuje jako inerciální udržení paliva.

Po jedenácti letech náročného výzkumu se 4. prosince 2022 podařilo vědcům v NIF jako prvním na světě splnit Lawsonovo kritérium vědeckého vyrovnání. Toto kritérium požaduje, aby energie uvolněná při fúzní reakci překonala energii, kterou do paliva dodají vnější systémy. V historickém experimentu N221204 vědci dodali do terče 2,05 megajoulů (MJ) laserové energie a jadernou fúzí se uvolnilo 3,15 MJ energie. Vložená energie byla více než 1,5krát zesílena. K průlomu došlo díky zdokonalení laserů, optiky, terčů a diagnostiky na základě modelování a pokročilých simulací probíhajících procesů. Podrobný popis experimentu naleznete zde. Velmi důležité je, že se tento úspěch podařilo mnohokrát zopakovat a dokonce překonat:

 

  • 30. července 2023: Lasery dodaly do terče 2,05 MJ energie a uvolnily 3,88 MJ fúzní energie. To znamená, že zesílení vložené energie dosáhlo 1,89.

  • 8. října 2023: Do terče bylo dodáno 1,9 MJ energie a získáno 2,4 MJ fúzní energie, se zesílením 1,26.

  • 30. října 2023: Nový rekord v dodané energii 2,2 MJ přinesl výtěžek 3,4 MJ při zesílení 1,55.

  • 12. února 2024: Lasery opět dodaly 2,2 MJ, ale tentokrát bylo uvolněno rekordní množství energie 5,2 MJ, více než dvojnásobek vstupní energie se zesílením 2,36.

  • 18. listopadu 2024: Při vložené energii 2,05 MJ bylo po šesté překonáno Lawsonovo kritérium s výtěžkem 4,1 MJ při zesílení 2,0.

  • 23. února 2025: Při dodání energie 2,05 MJ lasery uvolnily 5,0 MJ fúzní energie při zesílení 2,44.

  • 7. dubna 2025: Byl dosažen nový rekord - při výkonu laserů 456 TW a energii dodané do terče 2,08 MJ se uvolnila fúzní energie 8,6 MJ, více než čtyřnásobek vložené energie, se zesílením 4,13.

 

Fúzní experimenty NIF splňující Lawsonovo kritérium (kredit LLNL)
Fúzní experimenty NIF splňující Lawsonovo kritérium (kredit LLNL)

Dosažení jaderné fúze pomocí laserů bylo dlouhou dobu neúspěšné, avšak každý nový experiment přinášel cenné poznatky. Díky nim mohli vědci zpřesňovat simulace, vylepšovat laserovou techniku a zdokonalovat konstrukci terče. Splnění Lawsonova kritéria znamenalo bezprecedentní úspěch, který výzkum jaderné fúze s inerciálním udržením paliva posunul vpřed a vyvrátil pochybnosti o realizovatelnosti laserové fúze.

 

 

Souhrn dosažených výsledků NIF (kredit ÚFP)
Souhrn dosažených výsledků NIF (kredit ÚFP)

 

Současný výzkum je zaměřen na vývoj konstrukce hohlraumu a palivové kapsle, které rozhodují o tom, jak efektivně se využije energie laserů. Rozvíjí se také metody, kterými vědci sledují a měří děje probíhající v terči. Důležitou roli budou hrát 3D simulace, které pomohou lépe pochopit, jak nehomogenita laserových paprsků, asymetrie hohlraumu, nedokonalosti povrchu a stěny hohlraumu a palivové kapsle, nebo hydrodynamické nestability paliva v kapsli ovlivňují celý proces. Velký prostor dostane využití umělé inteligence a technik hlubokého učení, které vědcům pomohou přesněji plánovat experimenty a optimalizovat je.

 

Přes výrazné úspěchy je laserová fúze stále ve fázi fyzikálního výzkumu. Technologické výzvy spojené s integrací laserových fúzních reaktorů do energetických zařízení jsou natolik komplexní a náročné, že nelze očekávat jejich vyřešení v blízké ani střednědobé perspektivě. Zahrnují především výrazné zvýšení výkonu, rychlosti a účinnosti laserových systémů, vyřešení automatického polohování terčů nebo dosažení dostatečné odolnosti konstrukce reaktoru vůči cyklické extrémně vysoké radiační a tepelné zátěži.

 

Video: Jaderná fúze, budoucnost energetiky

 

Video: Lawsonovo kritérium – základ energetického využití jaderné fúze

 

Video: Pokroky ve výzkumu energetického využití jaderné fúze

Datum: 30.05.2025
Tisk článku

Související články:

Rekordy zařízení JET a dalších tokamaků – současný stav fúze     Autor: Vladimír Wagner (21.02.2024)
Jihokorejský tokamak KSTAR udržel 100 milionů °C plazma 48 sekund     Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2024)
Rekordní výsledky ve výzkumu jaderné fúze     Autor: Slavomír Entler (25.04.2024)
Jaderná energie a demokracie     Autor: Vladimír Wagner (11.07.2024)
Jaderná fúze: úskalí soukromých konceptů     Autor: Slavomír Entler (23.03.2025)



Diskuze:

účinnost

J P77,2025-06-03 17:27:38

Bylo by dobrý doplnit, že záleží na celkové účinnosti včetně laserů a že ta je hodně špatná. Hádám asi o dva řády nižší, takže zajímavější je tokamak.

Odpovědět

NIF

Franta Vejvoda,2025-06-02 23:37:34

Diskuse dobrá, leckde jsem se pousmál.
Řešíte energie,hohlraum a..., jak jinak, alternativní energie, mega zelený úděl, podvod...
To zařízení je hračka pro vojáky. Vědě, která tam může laborovat, zveřejnit data a proniknout třeba na Osla, je umožněn leda prd z machinetime.
Diskuse o tom, co má číňan nebo amík je zcela bezpředmětná, protože, a to v nejhorším případě, se to nikdy nedozvíte, budete totiž termonukleárně vypařeni dříve, než signál z vašich receptorů dorazí do vašich, jistě úžasných, mozků!
To dřív pokvetou žulové kameny, než by výsledky těchto výzkumů měly sloužit pro blaho lidstva!
Ale když se úplně nepobijou, tak pro civila možná zbyde něco, jako konzerva po Napoleonovi.

Odpovědět


Re: NIF

D@1imi1 Hrušk@,2025-06-03 00:21:09

Instantní vypaření při jaderném útoku bohužel potká jen ty šťastnější nacházející se v dostatečné blízkosti. Pro většinu zasažených by útok znamenal sekundy až měsíce utrpení v závislosti na vzdálenosti a dalších faktorech.

Nevím ale, jak by šly experimenty NIF využít pro vojenství. Energie 8,6 MJ odpovídá 2 kg TNt, ale potřebují k tomu lasery o velikosti domovního bloku. I kdyby výkon zvýšili tisíckrát, bude pořád jednodušší použít 2 tuny konvenční trhaviny.

Odpovědět


Re: Re: NIF

F M,2025-06-04 00:38:01

Ony tam ale jsou opravdu podmínky podrobné jadernému výbuchu, jen v malém objemu, takže ty materiály se tam určitě prověřovat dají. Píše se o rázových vlnách a odolnosti vůdči radiaci. Jediné v čem budu souhlasit s panem Vejvodou je, že nic moc ven nepronikne. Tedy víme, že je to primárně vojenské zařízení, tak k něčemu se používat bude.
Osobně také sdílím ten názor, že pokud začíná ráno v 1:00 východem mnoha sluncí, je dobré být poblíž jednoho z nich.

Odpovědět

Účinnost

Michal Kejík,2025-06-02 19:00:21

Na jedné přednášce Vladimír Wagner říkal, že laserová fúze je zatím mnohem dál od praktického využití než tokamaky, protože účinnost tvorby laserového paprsku je neskonale menší než výhled na zesílení této fúze.

Odpovědět


Re: Účinnost

F M,2025-06-02 20:00:34

Tak ITER by měl být bezpečně energeticky ziskový, ale energie se bude zbavovat/chladit ji do okolí. Vyrábět elektřinu by měli následníci DEMO, ale tam už příliš nefunguje mezinárodní spolupráce takže evropská (snad s Japonskem), UK, China, USA, ale úplně čerstvé informace nemám. Zkrátka tam už snad půjde "jen" o to jak to nakonec ekonomicky vyjde a jak to zapadne do el. sítě, hlavní problémy by měli být na té cestě ITER-DEMO-komerční elektrárna vyřešeny (předpokládá se). U inerciálního/laserového udržení je ještě spousta dalších problémů, naznačených v tom posledním odstavci, jde o opakované "výbuchy" které bude potřeba mnohařádově zrychlit, "přebíjecí mechanismy to budou muset vydržet, asi celé to bude mnohem namáhanější, kterých řešení je zatím v nedohlednu, ale to neznamená, že za 10-20 let nebude ten výhled vypadat jinak.
To laserové odpalování se zase teoreticky může dříve využít k pohonu ve vesmíru, místo těžkého tokamaku, ale tam jsou další problémy, třeba zdroj energie (možná/nejspíše bude třeba aby i tato elektrárna byla víceméně kompletní).

Odpovědět

jen další slepá ulička

Jiří Kolumberský,2025-06-01 06:46:58

černá díra na veřejné finance, věda skončila. Samí hračičkové

Odpovědět


Re: jen další slepá ulička

Slavomír Entler,2025-06-01 08:23:15

Nevím co považujete za vědu. Tady pomocí světla vytvoříte tlak 600 miliard atmosfér.

Odpovědět


Re: Re: jen další slepá ulička

Redakce :,2025-06-01 11:44:31

Redakce se autorovi za příspěvek J.K. omlouvá. Takový způsob diskuse (bez uvedení relevantních argumentů) jsme nepředpokládali.

Odpovědět


Re: jen další slepá ulička

Martin Novák2,2025-06-01 08:33:37

Pořád lepší než ty peníze nacpat do Green Dealu. Jednak z toho může být něco užitečného a druhak to neničí celou ekonomiku. A pokrok mají. Navíc to dělají na zařízení které by tak jako tak existovalo pro jiný účel. Využívají vojenské zařízení pro výzkum.

Odpovědět


Re: Re: jen další slepá ulička

Jiří Kolumberský,2025-06-02 06:58:56

S tím určitě souhlasím. Zelený úděl je mega podvod. Proti tomu jsou experimenty s lasery cestou za poznáním. Bohužel bez potřebné účinnosti.

Odpovědět

Pro úplnost

Pavel Kaňkovský,2025-05-31 12:33:31

...by se mělo ještě dodat, kolik energie se muselo napumpovat do laserů, aby z toho byly ty cca 2 MJ fotonů pohlcených terčem. Prý je to něco jako 400 MJ. (Modernější lasery by nicméně mohly být o dost účinější.)

Odpovědět


Re: Pro úplnost

Petr Kohoutek,2025-05-31 13:05:56

Ano, přesně to by mě zajímalo. A bohužel asi nebudete daleko od pravdy s tím, kolik energie je potřeba do laserů vložit: https://chatgpt.com/share/683ae16d-3f80-8001-9a04-bf82cf3242d3

Odpovědět


Re: Re: Pro úplnost

Slavomír Entler,2025-05-31 18:02:31

Účinnost laserů NIF je pod 1 %.

Odpovědět


Re: Pro úplnost

Ilil Akil,2025-05-31 16:14:48

Ide o výzkumné zariadenie jadrovej fúzie, nie o prototyp elektrárne.
Ani to nebolo v pláne pri jeho stavbe.
Podobne ako dávny výzkum polovodičov a domáca elektronika.
Napriek tomu to ukazuje, že to je cesta k možnému využitiu takéhoto principu na výrobu energie.
Zariadenie nie je vhodné na vysoký vyrobený výkon.
Že by napríklad použili výrazne vyššie množstvo paliva, dodali doňho vyššiu energiu, no roztrieskali laboratórium na kusy.

Odpovědět


Re: Re: Pro úplnost

Martin Novák2,2025-05-31 20:09:09

Mně přijde že to je ve stádiu kde byli vynálezci spalovacího motoru když zjistili že benzín hoří.

Odpovědět


Re: Re: Re: Pro úplnost

Slavomír Entler,2025-05-31 23:33:34

Je to přesně tak. Úspěch je to velký, avšak cesta je ještě pekelně dlouhá.

Odpovědět


Re: Re: Re: Pro úplnost

Ilil Akil,2025-06-02 13:36:54

Zariadenie umožňuje laboratórne skúmať miniatúrne termonukleárne výbuchy.
Na to bolo postavené a v súčasnosti funguje vynikajúco, najmä po posledných úspechoch.
To, že sa dajú jeho úspechy využiť na budúci výskum pre potenciálnu elektráreň na takom princípe je len "vedľajší jav".
Keď si pozriete graf v článku, tak do 2020 to mohlo byť považované za slepú cestu.

Odpovědět


Re: Re: Pro úplnost

Pavel Pelc,2025-06-01 16:12:34

O elektrárně neni řeč vůbec. Tam se bude výtěžek dělit dvěma - převod tepla na elektřinu.

Odpovědět


Re: Pro úplnost

Slavomír Entler,2025-05-31 18:00:16

Je to napsáno na druhém obrázku. U starších experimentů udávají přesněji 320 MJ.

Odpovědět


Re: Re: Pro úplnost

Pavel Kaňkovský,2025-05-31 22:07:23

Vskutku. To jsem omlouvám, vůbec jsem si na první pokus v té zmenšené kopii vložené do textu nevšimnul, že jsou tam nějaká čísla... ale těch čísel je tam víc a tak nějak vyvolávají další otázky.

Je tam, že se vloží 300-400 MJ elektrické energie, vyrobí se z toho 2 MJ modrého světla, kterým se posvítí na hohlraum, z toho je pak 250 kJ ve formě rentgenového záření absorbováno kapslí a z toho 20 kJ se promění na vnitřní energii (stlačení a ohřátí?) D-T paliva v kapsli.

Připadá mi tak trochu trochu arbitrární, že energii uvolněnou fúzí porovnávají zrovna s těmi 2 MJ a ne s jinou z uvedených hodnot. Má to nějaký hlubší důvod?

Odpovědět


Re: Re: Re: Pro úplnost

Slavomír Entler,2025-05-31 23:31:46

Ano, jde o srovnávací kompatibilitu s přímým zapálením. Vstupní energie je definovaná jako energie dopravená do terče. Terčem je v tomto případě hohlraum s kapslí, v jiném případě to může být jiná struktura, například jen kapsle.

Odpovědět


Re: Re: Re: Pro úplnost

Josef Hrncirik,2025-06-02 17:49:20

Jaký je max. světelný výkon modré bludičky a kolika vlnami vrazi do díry 1 MJ?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Pro úplnost jde o čas!

Josef Hrncirik,2025-06-03 19:10:06

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz