I Čína má soukromé fúzní společnosti

V Číně vznikla během několika let celá řada soukromých firem zabývajících se výzkumem termojaderné fúze. Nejzajímavější je, že Číňané už nekopírují západní programy. Často přicházejí s vlastními nápady a nebojí se riskovat. Některé projekty samozřejmě skončí slepou uličkou, ale ve fúzi stačí, aby jeden z deseti přinesl průlom. Firmy Energy Singularity, Startorus Fusion, ENN, Neo Fusion zkoušejí různé přístupy: vysokoteplotní supravodiče, sférické tokamaky, zápornou triangularitu, nové materiály pro první stěnu. Odhlédneme-li od zajímavého faktu, že v komunistické Číně kvetou soukromé společnosti, ještě zajímavější je, že dnes patří k nejaktivnějším hráčům ve vývoji sférických tokamaků – kompaktních fúzních reaktorů se silným magnetickým polem. Nejvýznamnější jsou Shaanxi Startorus Fusion Technology Co., Ltd a ENN Science & Development. Paralelně existuje i velmi viditelná firma Energy Singularity, která sice staví klasický tokamak, ale její technologie a tempo vývoje jsou pro kontext důležité. ENN letos dosáhla významného milníku: zapojení do fyzikálních aktivit ITPEA.

Hlavní čínské soukromé firmy pracující na (nejen) sférických tokamacích

Startorus Fusion – nejvýraznější hráč v oblasti sférických tokamaků. Staví kompaktní sférické tokamaky založené na HTS (high‑temperature superconductors), vysokoteplotních supravodičích. Jako součást ohřevu plazmatu využívá opakované magnetické rekonexe. (Magnetická rekonexe v tokamaku je proces, při kterém se přeskupují magnetické siločáry plazmatu a uvolňuje se přitom energie. Důsledkem je přeměna magnetické energie na kinetickou a tepelnou energii plazmatu, rychlé lokální ohřátí, vznik proudových filamentů a změna topologie magnetického pole.) Tým Startorus Fusion tvoří špičkoví odborníci z Tsinghua University, kteří provozují i první čínský sférický tokamak SUNIST. Firma má přes 100 zaměstnanců, z nichž více než 70 % má magisterský nebo doktorský titul. Je to jediná velká čínská soukromá firma, která se přímo specializuje na sférické tokamaky.

ENN Science & Development – soukromá firma s vlastním sférickým tokamakem EXL‑50U. ENN je technologická a výzkumná divize velké čínské soukromé energetické skupiny ENN, zaměřená na strojírenství, elektroniku a vědecký výzkum. V rámci ENN Group hraje významnou roli zejména v oblasti vývoje fúzních technologií, kde patří mezi nejaktivnější soukromé subjekty v Číně. Zařízení EXL‑50U dosáhlo elektrického proudu v plazmatu 1 MA, toroidálního pole 1,2 T, elektronové teploty 100 milionů °C, iontové teploty 50 milionu °C a H-módu.

Energy Singularity – provozuje HH70, první tokamak na světě plně osazený vysokoteplotními supravodiči REBCO. I když není sférický, stojí v tomto kontextu za zmínku, protože jde o nejrychleji rostoucí čínský fúzní startup a jeho technologie může ovlivnit i vývoj sférických tokamaků. Reaktor s extrémně nízkou cenou 16 milionů USD zažehl první plasma v červnu 2024. Cílem firmy je postavit reaktor H170 s Q > 10 do roku 2027.

ITER otevírá dveře soukromým firmám

Rada ITER (řídicí orgán ITER Organization) vyzvala již v roce 2023 k zapojení soukromého sektoru. Již jsme psali o workshopu „Jak (vám) může ITER pomoci?“, který zahájil 27. května 2024 a letos v dubnu pokračoval třetím ročníkem. Mezinárodní aktivita v oblasti fyziky a inženýrství tokamaků (ITPEA = International Tokamak Physics and Engineering Activity) poskytuje rámec pro mezinárodně koordinované výzkumné aktivity v oblasti fúze mezi členy ITER Organization. Společnost ENN Science and Technology Development se zapojila do fyzikálních aktivit ITPEA od dubna 2026 na stejném základě jako zaměstnanci veřejně financovaných výzkumných ústavů, které se nacházejí v členských státech ITER.

Co dělá ITPEA

ITPEA poskytuje členům ITER rámec pro mezinárodně koordinované výzkumné aktivity v oblasti fúze od roku 2001. Do roku 2025 pocházeli experti a instituce účastnící se aktivit ITPEA výhradně z veřejně financovaných výzkumných center. Zaměstnanci ze soukromě financovaných iniciativ mohli být ad hoc zváni k účasti na jednotlivých tematických skupinových setkáních, ale byli vyloučeni z dlouhodobého zapojení do výzkumných aktivit ITPEA. Pro usnadnění účasti zaměstnanců ze soukromě financovaných společností byly v roce 2025 provedeny úpravy Charty ITPEA a Programu technologické spolupráce Mezinárodní energetické agentury (IEA) v oblasti tokamakových programů (CTP-TCP), který poskytuje právní základ. Do začátku roku 2026 byl rozsah ITPEA revidován tak, aby kromě fyzikálního výzkumu a vývoje zahrnoval i inženýrské činnosti.

Pozvánka pro ENN

V prosinci 2025 koordinační výbor ITPEA formálně rozhodl pozvat ENN k účasti na koordinovaných fyzikálních výzkumných aktivitách. ENN dokončila všechny formální kroky a od dubna se zapojuje do fyzikálních aktivit ITPEA. To umožnilo jejím zaměstnancům účastnit se již zasedání tematických skupin letos na jaře rovnoprávně se zaměstnanci členů ITER z veřejných výzkumných ústavů. ENN je teprve druhou soukromě financovanou společností, která se připojila k ITPEA. Na jaře 2025 se připojila společnost Commonwealth Fusion Systems (CFS) – spinoff známého amerického Massachusets Institute of Technology.

To potvrzuje, že ENN je považována za seriózního hráče v oblasti sférických tokamaků. Ve svém kampusu v Langfangu v provincii Che-pej rozvíjí ENN výzkum fúze založený na dvou netradičních/nestandardních aktivitách: na reakci proton-bor a na sférickém tokamaku (Viz poznámky pod článkem).

EXL-50

V roce 2018 dokončila čínská společnost ENN návrh a konstrukci svého prvního experimentálního zařízení střední velikosti se sférickou vakuovou komorou, EXL-50 (Xuanlong-50), které v srpnu 2019 demonstrovalo první plazma. V roce 2022 zahájila společnost ENN modernizaci zařízení na EXL-50U (Xuanlong-50U), které od té doby dosáhlo významných experimentálních výsledků, včetně proudu plazmatem 1 MA, centrálního magnetického pole 1,2 T udržovaného po dobu několika sekund, teploty elektronů 100 milionů stupňů, teploty iontů 40 milionů stupňů a provozu v H-módu. Také v roce 2022 zahájila společnost ENN fázi návrhu pro EHL-2 (HeLong-2), který má pracovat s proudem v plazmatu až 3 MA. Toto zařízení bude dokončeno v roce 2027.

Organizace ITER a členové ITER se těší na plodnou spolupráci mezi veřejnými laboratořemi a soukromě financovanými iniciativami, jako jsou ENN a CFS – v rámci ITPEA i dalších kanálů pro přenos znalostí – k vzájemnému prospěchu a k urychlení rozvoje fúze jako praktického zdroje energie.

Poznámky:

Užití paliva proton – bór (výhody a nevýhody)

Palivo proton–bór 11 (p + ¹¹B) je často označováno za „svatý grál“ fúze, protože při hlavní reakci nevznikají neutrony, ale pouze nabité částice alfa:

P + ¹¹B → 3 ⁴He + energie 8,7 MeV

Reakce deuterium–tritium (D-T), kterou bude používat ITER, má maximum účinnosti kolem teploty 100–150 milionů °C. Proton-bór vyžaduje teploty řádově 1 až 3 miliardy °C, tedy asi 10–20× vyšší. To je největší problém. Zapálení plazmatu je obtížnější. Pravděpodobnost srážky protonu s jádrem bóru je mnohem menší než u reakce D-T. Proto je třeba vyšší hustoty plazmatu, vyšší teploty a delší doby udržení. Jinými slovy: splnit Lawsonovo kritérium je mnohem náročnější.

Vzniká brzdné rentgenovské záření (Bremsstrahlung). Elektrony v horkém plazmatu při průletu kolem jader bóru intenzivně vyzařují rentgenovské záření. Část energie se proto z plazmatu ztrácí dříve, než stihne proběhnout dostatek fúzních reakcí. Mnozí fyzici považují právě toto za hlavní překážku proton-bórové fúze.

I když se za největší výhodu této reakce považuje, že neprodukuje neutrony, není to tak úplně pravda. Ve skutečnosti při vedlejších reakcích vzniká malé množství neutronů. Je jich sice asi stokrát až tisíckrát méně než u D-T, ale jsou.

U proton-bóru zatím žádné zařízení neprokázalo energetický zisk (Q > 1). U D-T reakce už máme rekordy v tokamaku Joint European Torus, a při laserovém zapálení v National Ignition Facility v USA.

Na druhé straně palivo proton-bor má i obrovské přednosti: prakticky není třeba žádné tritium, aktivace konstrukčních materiálů neutrony je mnohem menší, existuje možnost přímé přeměny energie alfa částic na elektřinu a bór-11 je levný a hojně dostupný.

Největší nevýhoda proton-bórové fúze je, že je mnohonásobně obtížnější ji zapálit než D-T reakci. Proto většina odborníků očekává, že nejprve budou komerčně fungovat D-T elektrárny a teprve později se možná podaří zvládnout proton-bórovou fúzi.

Přitom je zajímavé, že několik soukromých firem – vedle ENN také například TAE Technologies, Energy Matter Conversion Corporationm, LPPF – právě na proton-bórovou fúzi dlouhodobě sází. Pokud uspějí, mohlo by jít o velmi čistý zdroj energie s minimem radioaktivního odpadu.

Sférický tokamak

Sférický tokamak je varianta tokamaku s mnohem menším středovým otvorem – připomíná spíše jablko než donut (koblihu s dírou uprostřed). Výhodou je vyšší účinnost magnetického udržení plazmatu, menší rozměry a nižší cena zařízení, potenciálně rychlejší cesta k energetickému zisku.

Sférický tokamak dokáže dosáhnout mnohem vyšší hodnoty β (poměr tlaku plazmatu k tlaku magnetického pole). Klasický tokamak má β typicky několik procent, sférický tokamak až desítky procent. To znamená větší fúzní výkon při stejném magnetickém poli. Pro stejný fúzní výkon může být zařízení výrazně menší.

Sférický tokamak lépe využívá magnetické pole. Plazma je blíže centrálnímu sloupu, což zlepšuje některé parametry udržení plazmatu.

Menší zařízení je levnější, to znamená méně stavebních prací, méně supravodičů, nižší množství konstrukčních materiálů. Právě proto na sférické tokamaky sází např. britský projekt STEP.

Největším problémem je malý centrální solenoid. V klasickém tokamaku je uprostřed komory dost místa pro centrální solenoid, toroidální cívky, chlazení i stínění proti neutronům. Ve sférickém tokamaku je tohoto prostoru velmi málo, takže stínění proti neutronům je obtížné. Hůře se chrání supravodiče, zkracuje se životnost materiálů. Malý střed znamená menší centrální solenoid a kratší indukční pulz. Proto se často musí používat injektáž neutrálních atomů (NBI), radiofrekvenční ohřev, neinduktivní buzení proudu. Vnitřní prostor je velmi stísněný a výměna komponent může být složitější než u velkého tokamaku typu ITER.

Magnetická rekonexe

Na počátku musí být nerovnovážná konfigurace magnetického pole. Jak toho dosáhnou?  Nejznámější jsou experimenty na britském tokamaku MAST a japonském TS-3.

Tam se používá tzv. merging-compression start-up:

1. Vzniknou dva oddělené toroidální útvary plazmatu.
2. Magnetické pole je přinutí ke sblížení.
3. Při spojení nastane intenzivní magnetická rekonexe.
4. Uvolněná energie prudce ohřeje ionty i elektrony.

 Milan Řípa, volně podle Alberto Loarteho, vedoucího vědecké divize ITER.