Obří lasery, jaderná fúze a jaderné testy

Nový nejvýkonnější ultrafialový laser na světě se jmenuje Omega Upgrade (Physics Today, August 1995, str. 22). Byl navržen a postaven za čtyři a půl roku v Laboratoři laserové energetiky Univerzity v Rochesteru (USA). Náklady ve výši 61 milionů dolarů poskytlo americké Ministerstvo energetiky. Jde o ″pevnolátkový″ laser, neboť aktivním prostředím laseru a zesilovačů je neodymiem dopované sklo. Počáteční paprsek se postupně štěpí a zesiluje až na 60 paprsků. Výstupní výkon je větší než 60 terawattů (1 TW = 10¹² wattů), jednotlivé pulzy délky menší než nanosekunda (miliardtina sekundy) mají energii 40 kJ. Tolik rekordní údaje. K čemu je však dobré tak obrovské, komplikované a nákladné zařízení?

Uvádí se, že laser má sloužit k výzkumu řízené jaderné fúze. Pro sloučení jader atomů je třeba překonat odpudivé elektrostatické síly a přiblížit jádra až na vzdálenost asi 10^–15 m (to je asi stotisíckrát blíže, než jsou normálně atomy vzdáleny v pevných látkách), kdy začne působit silná jaderná interakce, která jádra spojí a zároveň se uvolní ohromné množství energie. Jako nejvhodnější palivo pro první pokusy byla vybrána směs deuteria a tritia – to jsou dva izotopy vodíku, deuteria je asi 40 g na litr mořské vody a tritium lze získat z litia, kterého je asi 0,1 g/l. Z pěti litrů mořské vody je teoreticky možné získat tolik energie, jako z jednoho litru nafty (Physics Today, September 1992, str. 32). Ze směsi deuteria a tritia se musí vytvořit plazma – plyn “holých″ (ionizovaných) jader a volných elektronů – s ohromnou kinetickou energií odpovídající teplotě sto tisíc stupňů Celsia. Podmínka vznícení reakce je dána dosažením jisté minimální hodnoty součinu tří veličin: hustoty jader, teploty plazmy a doby, po kterou je možné tento stav udržet. (Snížení jednoho parametru pak musí být vyrovnáno zvýšením jiného).

Ve vodíkové bombě (realizována r. 1951) se vznícení dosáhne výbuchem malé “klasické″ štěpné jaderné nálože. Pro řízenou jadernou fúzi byly navrženy dvě hlavní cesty: tzv. magnetické omezení (magnetic confinement) a setrvačné omezení (inertial confinement). V prvním případě je plazma umístěno v silných magnetických polích zařízení zvaného Tokamak. V druhém případě se používá laserů, konkrétně u Omegy bude všech šedesát paprsků soustředěno na skleněnou či plastikovou skořápku o velkosti zlomku milimetru, naplněnou deuteriem a tritiem. Laser spálí obal tak rychle, že kapsle imploduje a atomy uvnitř budou silně stlačeny dohromady a sloučí se. Pokusy mají posloužit vědcům k tomu, aby navrhli největší zařízení pro jadernou fúzi – “Národní zařízení pro vznícení″ (the National Ignition Facility, NIF), rozuměj pro první dosažení prahu ″vznícení″ jaderné fúze. Zařízení bude v Livermoru a v roce 2002 by 192 paprsků mělo mít dohromady výkon 500 TW. To ovšem za předpokladu, že Kongres poskytne miliardu dolarů.

Časopis Physics Today (August 1995, str. 23) však uvádí, že většina výzkumu jaderné fúze pomocí laserů je financována obrannými programy Ministerstva energetiky, a že tedy primárním cílem je získat nové poznatky pro fyziku jaderných zbraní a pro simulace jaderných výbuchů. Prý to bude nezbytné pro zajištění bezpečnosti a spolehlivosti uskladněných jaderných zbraní, když pokusné výbuchy budou po podepsání smlouvy o definitivním zákazu pokusných jaderných výbuchů tabu.

V květnu oznámila také francouzská vláda, že bude nedaleko Bordeaux postaveno zařízení velmi podobné americkému NIF v Livermore. Stavba potrvá šest až osm let a přijde na 1,2 miliardy dolarů. Francouzská komise pro atomovou energii a americké Ministerstvo energie podepsaly smlouvu o spolupráci při budování obřích laserů. Jak známo, Francie zároveň oznámila provedení poslední série výbuchů na atolu Mururoa s odůvodněním, že potřebuje data pro budoucí zajištění bezpečnosti svých jaderných zbraní. Takové údaje už ovšem získali Američané v Nevadské poušti a slouží jim také při návrhu řízené jaderné fúze se setrvačným omezením. Není tedy hlavní důvod k pokusům jinde? Ale to už nemá s vědou moc společného.