Čína zrychlila program vývoje jaderné fúze a je hlavní kandidát na komerční fúzní reaktor.

Čína v posledních letech výrazně zrychlila svůj program vývoje jaderné fúze a stále více se profiluje jako jeden z hlavních světových kandidátů na vytvoření komerčně využitelného fúzního reaktoru. Ve městě Hefei vzniká několik klíčových zařízení, která mají postupně ověřit technologie potřebné pro budoucí elektrárny vyrábějící energii pomocí slučování atomových jader.

Největší pozornost přitahuje projekt Burning Plasma Experimental Superconducting Tokamak (BEST), který má být dokončen kolem roku 2027. Tento experimentální reaktor bude sloužit jako testovací platforma pro ještě ambicióznější zařízení China Fusion Engineering Demo Reactor (CFEDR), jehož spuštění Čína plánuje kolem roku 2030. Pokud budou tyto projekty úspěšné, mohly by následovat první demonstrační elektrárny připojené do energetické sítě.

Na rozdíl od mnoha západních projektů staví Čína svůj přístup především na dlouhodobém státním plánování, masivním financování se zapojením soukromého čínského kapitálu. Součástí strategie je nejen výzkum samotné fyziky plazmatu, ale také rozvoj domácí výroby supravodivých magnetů, vakuových komor, výkonových systémů a dalších technologicky náročných komponentů.

Čínské firmy se již dnes podílejí i na zahraničních projektech, například na mezinárodním tokamaku ITER budovaném ve Francii.

Základní technologií čínského programu zůstává tokamak — toroidální reaktor ve tvaru prstence, v němž je extrémně horké plazma udržováno pomocí silných magnetických polí. V plazmatu dochází ke slučování jader vodíkových izotopů, především deuteria a tritia.

Při tomto procesu se uvolňuje obrovské množství energie. Aby však bylo možné vyrábět energii efektivně, musí být plazma dostatečně husté, dostatečně horké a stabilní po dostatečně dlouhou dobu. Tyto tři parametry tvoří základní podmínky úspěšné jaderné fúze.

Právě v oblasti hustoty plazmatu čínští vědci dosáhli nedávno významného průlomu. Výzkumníci pracující na zařízení Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), známém také jako čínské „umělé slunce“, oznámili v roce 2026 experiment, při němž se jim podařilo překročit dlouhodobě uznávaný Greenwaldův limit hustoty plazmatu až o 65%.

Tento limit byl po desetiletí považován za jednu z hlavních překážek rozvoje tokamakových reaktorů.

Greenwaldův limit byl formulován v roce 1988 fyzikem Martinem Greenwaldem z Massachusettského technologického institutu. Na základě mnoha experimentů zjistil, že pokud hustota elektronů v plazmatu překročí určitou mez závislou na velikosti reaktoru a proudu plazmatu, systém se obvykle destabilizuje. Na okrajích plazmatu začne prudce růst vyzařování, energie uniká rychleji, než ji lze doplňovat, a výboj se zhroutí.

Tento limit není fyzikálním zákonem v pravém slova smyslu, ale empirickým pravidlem potvrzeným na mnoha zařízeních po celém světě.

Konstrukce reaktorů, včetně ITERu, proto s Greenwaldovým limitem dlouho počítaly jako s pevnou provozní hranicí. Vyšší hustota plazmatu je přitom pro jadernou fúzi velmi výhodná, protože umožňuje větší počet srážek mezi jádry vodíku a tím i vyšší produkci energie. Možnost překročit tento limit by proto mohla výrazně změnit budoucí konstrukci fúzních reaktorů.

Tým EAST dosáhl tohoto výsledku pomocí úpravy podmínek během počáteční fáze vzniku plazmatu. Klíčovou roli hrálo přesné řízení množství vodíkového plynu ve vakuové komoře a použití elektron-cyklotronového rezonančního ohřevu (ECRH), tedy systému využívajícího mikrovlnné paprsky k přímému zahřívání elektronů. Tato kombinace změnila interakci mezi plazmatem a kovovými stěnami reaktoru a zabránila vzniku nestabilit, které běžně vedou ke kolapsu plazmatu.

Experiment vycházel z teoretického modelu nazývaného plasma-wall self-organization model (PWSO), který popisuje zpětnou vazbu mezi plazmatem a vnitřními povrchy reaktoru. Podle tohoto modelu dochází při růstu hustoty plazmatu k uvolňování atomů nečistot z kovových stěn. Tyto nečistoty následně vyzařují energii, ochlazují okraj plazmatu a způsobují další destabilizaci. Pokud se podaří správně nastavit počáteční podmínky, lze tuto destabilizační smyčku přerušit ještě před jejím rozvojem.

Důležitost výsledku spočívá i v tom, že EAST je velký supravodivý tokamak s kovovými stěnami z wolframu a molybdenu, tedy zařízení mnohem složitější než menší experimentální reaktory, na nichž byly podobné teorie dříve testovány. Výsledek proto naznačuje, že nejde pouze o laboratorní zvláštnost jednoho malého systému, ale o potenciálně obecně použitelný fyzikální princip.

Samotní vědci však upozorňují, že zatím nejde o definitivní řešení problému komerční fúze. Vysokohustotní režim byl dosažen pouze během počáteční fáze výboje, nikoli během dlouhodobého stabilního provozu, který by vyžadovala elektrárna. Dosud také nebylo ověřeno, jak se systém bude chovat při několikaminutovém provozu ani jaké budou dlouhodobé dopady na materiály reaktoru, tepelné zatížení nebo hromadění nečistot v plazmatu.

Výsledek navíc zatím nebyl nezávisle potvrzen jinými laboratořemi.

Fúzní zařízení DIII-D.

Ověření na dalších zařízeních, jako jsou americký DIII-D, jihokorejský KSTAR nebo budoucí evropské experimenty, bude zásadní pro potvrzení, že lze stejnou techniku úspěšně aplikovat i v odlišných konstrukcích tokamaků.

Přesto jde o významný posun v globálním závodě o jadernou fúzi. V posledních letech dosáhlo pokroku více směrů výzkumu. Americké National Ignition Facility například v roce 2022 dosáhlo krátkodobého fúzního zapálení pomocí laserů.

Jihokorejský KSTAR vytvořil rekordy v délce udržení vysokoteplotního plazmatu. Soukromé společnosti jako Commonwealth Fusion Systems nebo TAE Technologies pracují na kompaktních reaktorech využívajících nové generace supravodivých magnetů.

Čínský úspěch se však odlišuje tím, že se zaměřuje právě na hustotu plazmatu — třetí klíčový parametr vedle teploty a doby udržení. Fúzní „trojitý součin“, který určuje, zda reaktor dokáže vyprodukovat více energie, než spotřebuje, závisí na všech třech veličinách současně.

Pokud se podaří bezpečně provozovat plazma při výrazně vyšších hustotách, mohly by být budoucí reaktory menší, levnější nebo výkonnější.

Současně Čína intenzivně rozvíjí i širší infrastrukturu potřebnou pro budoucí fúzní energetiku. Nedaleko zařízení BEST vzniklo výzkumné centrum Comprehensive Research Facility for Fusion Technology (CRAFT), kde se testují nové materiály, magnetické systémy, robotické technologie a další komponenty určené pro budoucí reaktory. Výzkumníci zde vyvíjejí také roboty schopné pracovat při vysokých teplotách a manipulovat s těžkými částmi reaktorů během údržby.

Významnou roli hraje i státní koordinace. Čína založila státní podnik China Fusion Energy, který má propojit výzkumné aktivity a urychlit přechod od experimentální fyziky ke komerčním technologiím. Nový zákon o atomové energii zároveň vytváří regulační rámec pro rozvoj tohoto odvětví a vláda zařadila jadernou fúzi mezi strategické priority v rámci svého patnáctého pětiletého plánu.

Přestože je cesta ke komerční jaderné fúzi stále dlouhá, výsledky EAST ukazují, že některé limity, které byly po desetiletí považovány za pevné, mohou být za určitých podmínek překonatelné.

Historie vývoje fúze ukazuje, že mezi fyzikálním průlomem a praktickou elektrárnou často uplynou desítky let. Každý budoucí funkční reaktor však bude muset problém vysoké hustoty plazmatu vyřešit. Čínský tým v Hefei nyní ukázal jednu z možných cest, jak toho dosáhnout. (mar)