Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 249

Jak to bylo s fúzí – část devátá

Tokamak ITER, který se právě staví a je největší na světě, má dvě data narození. První v roce 1985 v Ženevě, kdy se zrodil jeho návrh, druhé před jedenácti lety (21. listopadu 2006), kdy byla v Paříži podepsána mezinárodní smlouva o založení ITER International Fusion Energy Organization, která má společně se všemi signatáři tokamak ITER postavit.

Fotogalerie (4)
Signatáři ITER Agreement s francouzským prezidentem Jacques Chiracem. Zleva: Vladimir Travin, zástupce vedoucího federální agentury pro atomovou energii Rosatom, Ruská Federace; Takeshi Iwaya, senior zástupce ministra zahraničí, Japonsko; Xu Guanhua, mini

Tokamak je nejlepší

Když v roce 1969 uvěřila fúzní komunita, že si vedoucí fúzního programu Sovětského svazu v Novosibirsku Lev Arcimovič nevymýšlel, a tokamak je skutečně zařízení, na které všichni čekali, nastal divoký úprk za vylepšeným transformátorem. Ničím jiným totiž tokamak není. Stavěla se nová zařízení, na tokamaky se předělávala zařízení starší. Zejména stelarátory v mnoha laboratořích „měnily“ název na tokamaky. Moskva už nebyla sama na cestě za použitelnou termojadernou reakcí, do zdokonalování tokamaků se zapojil celý svět. Fúzní železná opona byla již dávno minulostí a obousměrným proudům informací nikdo nestál v cestě. Výsledky na sebe nedaly dlouho čekat.

Kdo bude mít první fúzi?

V Sovětském svazu vsadili při dodatečném ohřevu na pomoc mikrovln, zatímco na západě dali přednost rychlým neutrálním částicím (NBI – Neutral Beam Injection). V Princetonu postavili tokamak Princeton Large Torus – obdoba sovětského tokamaku T-10 – a NBI svými dvěma megawaty vyhnala teplotu k neuvěřitelným 80 miliónům stupňům Celsia. V osmdesátých letech byly na cestě obrovské tokamaky Joint European Torus v Culhamu a Tokamak Fusion Test Reactor v Princetonu. Nastal úžasný závod, kdo zapálí směs deuteria a tritia (DT) dříve. Američané zahájili stavbu dva roky před Evropou. Ta ale pod vedením geniálního konstruktéra Henri-Paula Rebuta nabrala neuvěřitelné tempo. První plazma měla Evropa jen o půl roku později než Amerika a megaampér elektrického proudu v plazmatu generovali v Culhamu dříve než v Princetonu. Ve finiši už Evropa ztratila soupeře z dohledu a zvítězila o dvě koňské délky, resp. o dva roky.

Breakeven až s ITERem?

Nu dobrá, fúzi jsme předvedli, a co dále? Koeficient zesílení je stále menší než jedna. Tzv. breakeven (když je příkon na ohřev roven fúznímu výkonu) není na pořadu dne, alespoň ne se stávajícími zařízeními. Navíc Amerika opustila závodní dráhu a svůj tokamak demontovala. Breakeven měl být milníkem, za nímž měli vědci předat štafetu inženýrům. Ale tokamak JET byl příliš malý, aby dosáhl potřebnou dobu udržení energie plazmatu. Jeho měděné cívky navíc neměly rády dlouhé pulzy. Byla to turbulentní doba. Perestrojka v Sovětském svazu omezila investice do výzkumu řízené fúze a Velichovovi, nástupci Arcimoviče, vědeckému poradci Gorbačova, bylo jasné, že „zdroje nejsou a v dohledné době v SSSR nebudou“. Proto Gorbačovovým prostřednictvím inicioval stavbu mezinárodního stroje, který by dokončil úkol vědců a přitom byl natolik velký, aby zaujal i inženýry a naznačil jim cestu k termojaderné elektrárně. Ačkoli zafinancovat takového obra mohly tehdy zřejmě Spojené státy, možná i Spojené království či Francie, riziko neúspěchu bylo natolik veliké, že USA uvítaly iniciativu Sovětského svazu spojit (finanční) síly ke stavbě předstupně termojaderné elektrárny.

DEMO projektují státy sami

Tehdejší soběstačnost jednoho státu při konstrukci ITER do jisté míry dokazují současné aktivity Japonska, Koreje a Číny při projektování většího následníka ITERu – demonstrační elektrárny DEMO. Jmenovaní partneři pochopitelně úročí zkušenosti získané při konstrukci ITER. Čína zřejmě také disponovala potřebnými prostředky na stavbu ITER v osmdesátých letech, ale fúzní tradice nebyla tak veliká, aby dovolila extrapolovat její momentální zkušenosti na stavbu tokamaku násobně většího než JET. A Sovětský svaz na tom byl přesně obráceně. Měl zkušenosti, nikoli peníze. Projekt ITER se ale musel redukovat, když v roce 1998 odstoupily Spojené státy, aby se v roce 2003 „s dlouhým nosem“ vrátily po zjištění, že se do projektu zapojila konkurenční Čína, i když tentokrát k méně nákladné variantě. O místě stavby se dlouhé roky rozhodovalo mezi japonským Rokkasho Muro a evropským Cadarache. Moskva v červnu 2005 potvrdila francouzskou lokalitu nedaleko Střediska atomového výzkumu CEA Cadarache. Archeologické výzkumy začaly na 180hektarovém pozemku blízko malého provensálského městečka Saint-Paul-lez-Durance v roce 2007.

Založení ITER Organization

Doba nazrála k podpisu smlouvy zakládající právní jednotku ITER Organization.

Za téměř jedenáct let prošel projekt dlouhou a obtížnou cestou, během které prezident Reagan a generální sekretář Gorbačov prosazovali „co nejširší možný rozvoj mezinárodní spolupráce“ při získávání fúzní energie pro „užitek celé lidské společnosti“. Nyní konečně nadešel čas formálně založit právní mezinárodní subjekt, který se popere s ohromným úkolem organizace a dohledu nad stavbou tokamaku ITER. Protože je Francie hostitelským státem („Host State“), byla smlouva o projektu ITER podepsána v Elysejském paláci v Paříži. Vysocí představitelé zemí všech zúčastněných partnerů se 21. listopadu 2006 shromáždili pod pozlacenými stropy prezidentského paláce, aby připojili své podpisy pod 34stránkový dokument. Francouzský prezident Chirac ocenil „bezprecedentní spojení sedmi významných partnerů […] kteří napřáhli ruce k budoucím generacím ve jménu solidarity a odpovědnosti".

Prezident Evropské komise, José Manuel Barroso, vyjádřil přání: „Vidět ITER, jak úspěšně pomáhá pokroku společnosti a jeho přínosy boří běžně známé hranice. Možnost používat nový, prakticky nevyčerpatelný zdroj energie respektující životní prostředí.“

Pro zhruba 60 lidí, kteří již žili v dočasných ubytovnách Saint-Paul-lez-Durance, to byl důvod k oslavě. Tisk citoval právě jmenovaného generálního ředitele ITER Kaname Ikedu, který rovněž nešetřil vzletnými slovy vítajícími dosud nevídaný vědeckotechnický projekt.

Slavností potřásání rukou a úsměvy na tvářích zástupců více než poloviny všech obyvatel zeměkoule se postupně rozvinuly v efektní akci. Na staveništi o rozloze 42 ha vyrostly budovy, které budou brzy ukrývat nejdůmyslnější techniku, jakou je současná lidská společnost schopná vyrobit. Na spoutání energie Slunce se podílí fabriky na třech kontinentech.

Stavba tokamaku ITER

Postup projektu je následující. Každý partner má na svém území Domácí agenturu pro ITER, která podle instrukcí ústřední ITER Organization uzavírá smlouvy – Procurement Agreements – s výrobními firmami. Evropská domácí agentura se sídlem v Barceloně se jmenuje F4E (Fusion for Energy). O 45 % nákladů se postarala hostitelská Evropská unie, ostatních šest partnerů se podělilo rovným dílem o zbývajících 55 %.

Zadávání zakázek zkomplikoval požadavek partnerů sdílet výrobní zkušenosti, takže například výrobu cívek toroidálního pole zabezpečuje kromě Indie všech šest zbývajících partnerů. Jaké nároky tato metoda klade na logistiku, to si jistě dokážete představit! Na druhé straně výpadek jednoho či více výrobců neohrozí projekt. Když nebudeme počítat roky mezi 2007 (archeologický průzkum) a 2010 (schválení konečného návrhu), pak se na vlastním zařízení pracuje šest let a kromě dvojí výměny ředitelů, která se uskutečnila velmi slušným a vstřícným způsobem, žádné zásadní problémy nenastaly. Což je u takového projektu obdivuhodné.

Od založení ITER Organization projevily zájem o spolupráci i Brazílie, Kazachstán, Austrálie a Irán. S Austrálii podepsala vloni ITER Organization dohodu o technické spolupráci s nečlenskou zemí. S Islámskou republikou Irán byly rovněž vloni podepsány již dvě dohody a pokračují intenzivní jednání o formě spolupráce. Česká republika se do konstrukce ITER zapojila zprvu prostřednictvím Sovětského svazu a dnes spolu s ostatními „fúzními“ Evropskými státy koordinuje svůj příspěvek pomocí sdružení EUROfusion.

Zviditelnilo se i Česko

Pyšná může být i Česká republika, neboť vyrobila komponentu, která svou velikostí přitahovala pozornost celé fúzní komunity při nedávné přepravě po silnici na podvalníku z Děčína přes Hamburk po Středozemním moři do přístavu Fos sur Mer a dále 100 km do místa stavby ITER. Paradoxní je, že dva válce 35 dlouhé o průměru 4,5 metrů a hmotnosti 160 tun stavitelé ITER sice vítali, ale nejraději by je nikdy nepoužili. Jde o tzv. quench tanks, které fungují jako jímky odpařeného helia v případě havárie supravodičů. Tyto válce dorazily na staveniště za silného deště po třídenní či spíše třínoční cestě 24. listopadu 2016 ve 2 hodiny ráno ze středomořského přístavu Fos-sur-Merna.

Výsledky čtyřleté práce jsou na stavbě více než viditelné. Práce začala hrubým návrhem specifikace, rok trvalo, než se uzavřela dohoda mezi F4E a Air Liquide, dva roky se kreslilo a „pouhý“ rok se vyrábělo ve Chart Ferox (dříve Ferox Děčín).

Práce na staveništi plynule pokračují…

Dosud v seriálu o historii jaderné fúze vyšlo:

První díl 24. 6. 2015 zde  http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1705-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-prvni,

druhý díl 24. 9. 2015 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1749-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-druha,

třetí díl 28. 11. 2015 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1750-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-treti,

čtvrtý díl 28. 1. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1771-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-ctvrta ,

pátý díl 28. 2. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1770-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-pata,

šestý díl 27. 3. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1816-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-sesta ,

sedmý díl 26. 4. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/fyzika-a-klasicka-energetika/1828-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-sedma ,

osmý díl 26. 5. 2016 zde http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/1838-jak-to-bylo-s-fuzi-cast-osma.

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Průvodci světem chemických prvků

K neoblíbeným školním předmětům, bohužel, v posledních desetiletích přibyla další přírodní věda - chemie. Dokládají to, mimo jiné, výsledky řady průzkumů na národní i mezinárodní úrovni. Důvodů je několik.

Vznik prvních vědeckých institucí

Evropská věda, filozofie a kultura má svůj prvopočátek v antickém Řecku. Do klasického (4. stol. př. n. l.) a helénistického (3.-2. stol. př. n. l.) období starého Řecka spadá také vznik prvních vzdělávacích a vědeckých institucí - akademií, akademických společenství a škol.

Jaderná dovolená

Před čtyřmi roky se předpokládalo, že nastává renesance jaderné energetiky. Dnes jsou však jaderné elektrárny postupně odstavovány z provozu, a to dokonce i před ukončením své životnosti. V poslední době byla například uzavřena jaderná elektrárna v Cumbrii za 15 miliard liber.

Pozvánka k účasti na studentské konferenci pro mladé talenty

Univerzita Pardubice ve spolupráci se studenty Universitas zve k účasti na již V. ročníku konference VĚDĚNÍ MLADÝM, která se uskuteční ve středu 8. listopadu 2017 v aule Arnošta z Pardubic Univerzity Pardubice.

Užitečný nepřítel aneb turbulence vítány!

Představit všechny materiály používané v tokamaku ITER, byť jen heslovitým způsobem, by bylo nad síly jednoho článku. Všimněme si ale jedné zajímavosti, která na první pohled popírá dosavadní snahy o co nejvyšší kvalitu termojaderného plazmatu.

Nejnovější video

Bomba na kuchyňském stole

Krátké video ke stejnojmennému článku - návodu na pokus. Sestavte si také takový propletený obrazec z jednoduchých pomůcek a překvapte své přátele nečekaným efektem.

close
detail