Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 252

Termojaderná fúze v soukromých rukách

Běžně se koncepty dobývání termojaderné energie pro průmyslové cíle dělí podle přístupu na magnetické a inerciální. Určitě bychom objevili i další způsoby, jak fúzní bojiště rozdělit. Co třeba na fúzi státní a soukromou? Myslím tím, zda je výzkum fúze financovaný státními institucemi nebo soukromými prostředky. O dvou příkladech jsme již psali: Polywell společnosti EMC2 Roberta Bussarda a kompaktní reaktor Thomase J. McGuireho ve Skunk Works známé firmy Lockheed Martin. O Tokamak Solution z Culhamu, dnes Tokamak Energy, jsme se jen zmínili. Podívejme se na další.

Fotogalerie (5)
Zařízení General Fusion vyhlíží mimořádně exoticky: žádná vakuová komora, pouze kulová nádoba naplněná tekutou směsí lithia a olova roztočenou do víru; žádné supravodivé magnety udržující plazma a místo toho trs pístů generující mohutnou rázovou vlnu.

220 pístů a dvě trysky

Staveniště ITER, který je bezesporu reprezentativním představitelem magnetické fúze financované státními prostředky, nedávno přivítalo zajímavou návštěvu. Z daleké Kanady přijel 23. ledna 2017 vysvětlovat odborníkům ITER Organization svoji myšlenku Michel Laberge, zakladatel privátní firmy General Fusion. Pro každého, kdo je obeznámený s magnetickou fúzí a tokamaky, je přístup General Fusion velmi exotický: Žádná vakuová komora, žádné supermagnety, na které jsou v ITER zvyklí, ale plazmoid, stejně jako Tri Alpha či Helion Energy. Jen poněkud jinak generovaný. Koule o průměru tři metry obsahuje tekutou směs lithia a olova. Jak koule rotuje, vytvoří směs na vnitřním povrchu koule vrstvu s vírovým trychtýřem na ose rotace. Do této trubice vstříknou dvě trysky proti sobě (shora a zespodu) zmagnetizovaný plazmoid. Zvnějšku se do vrstvy tekuté kovové směsi opřou písty, které současně vystřelí a vytvoří tak v kovové kapalině rázovou vlnu o rychlosti 50 m/sekundu, která spěchá do středu komory, zatímco čelo vlny roztaveného kovu stlačuje plazmoid vytvořený spojením injektovaných plazmoidů až do termojaderných parametrů. V současnosti se používá 200 pístů, ale připravuje se zařízení s dvojnásobným počtem.

Plazmoid

Plazmoid žije krátkou dobu (~500 mikrosekund). Nathan Gilliland, CEO General Fusion (Chief Executive Office), říká: „Elektrický proud v plazmoidu je jako vzduchový vír v prstýnku kouře, který kouř udržuje právě ve tvaru prstýnku (toroidu).“ Za relativně dlouhou dobu života plazmoidů je odpovědná zvláštní konfigurace magnetického pole zvaná RFC – Reverse Field Configuration, která dokáže udržet nabité částice v oblasti prstence. Plazmoidy existují v přírodě i v laboratoři. Kulový blesk, ale také Reversed Field Pinch podobný tokamaku (například v Padově v Itálii), sféromak, fokusy hustého plazmatu – to vše jsou různé podoby plazmoidů.

Víry se ale postupně utlumí a prstýnek dýmu se rozplyne. Ve středu koule generuje fúze v plazmoidu neutrony, které se rozletí všemi směry, tedy i do roztavené směsi olova a lithia. Neutrony interagují s lithiovými atomy. Lithium se štěpí na helium a tritium a tím ohřívá okolní olovo s lithiem. Neutrony, které doletí až k ocelové stěně nádoby, mají už tak málo energie, že stěnu poškodí jen minimálně. Horká směs olova a lithia se přečerpává primárním chladicím okruhem skrze výměník tepla a posléze se chladná pumpuje zpět do reakční komory.

Elektřina přímo z fúze

Pulzní režim považuje skupina General Fusion za výhodu, neboť druhý fúzní produkt, elektricky nabité alfa částice, mohou v principu generovat elektřinu přímo bez mezistupně parogenerátorů a tedy laciněji a účinněji. General Fusion evidentně počítá s deuterio-tritiovou reakcí.

Celý nápad je recyklovaný LINUS z Naval Research Laboratory in Washington, D. C. z let 1970-1980 a dnes se nazývá Magnet Target Fusion, MTF (Fúze zmagnetovaného terčíku). M. Laberge a spol. postavili stroj, který vypadal jako typický představitel extravagantního kulturního směru zvaného steampunk a připomínal gigantického mořského živočicha. (Uznávaným zakladatelem směru „steampunk“ je Bořivoj Zeman, autor řady filmů inspirovaných Julesem Vernem (Vynález zkázy, Tajuplný hrad v Karpatech, Baron Prášil aj.).)

Jak chtějí uspět s investicí několika desítek nebo stovek miliónů dolarů při počtu zaměstnanců  nezřídka dosahujícím několika tuctů odborníků - to je otevřená otázka. Otázka, která v pondělí 23. ledna napadla všechny přítomné v amfiteátru ITER.

Magnet Target Fusion zkouší za státní peníze i Los Alamos National Laboratory ve spolupráci s Air Force Research Laboratory. Když se vrátíme ke standardnímu dělení přístupu k řízené termojaderné fúzi na magnetickou (MCF) a inerciální (ICF), tak MTF je někde mezi nimi, trochu blíže k ICF než k MCF. Pro deuterio-tritiovou směs o teplotě 200 miliónů stupňů pracuje MCF s hustou cca  1014 cm-3, dobou udržení 1 s, ICF potřebuje hustotu 1025 cm-3 a dobu udržení 1 ns (10-9 s), zatímco MTF „stačí“ hustota 1019 cm-3a doba udržení 1 μs (10-6s).

HELION ENERGY Inc. a tajemná TRI ALPHA ENERGY

Ohříváním zmagnetovaného plazmoidu se zabývají přinejmenším další dvě skupiny. Helion Energy Inc. a tajemná (nepublikuje, nekomunikuje) Tri Alpha Energy, obě ve Spojených státech. Obě používají lineární zařízení, kde dvě trysky vystřelí jednou za sekundu dva plazmoidy proti sobě do kompresní komory, v níž se oba plazmoidy spojí do jednoho. Ten je vzápětí stlačený silným magnetickým polem. U Helion Energy je ohřátý šesti svazky neutrálních vysokoenergetických atomů (což je u tokamaků známý dodatečný ohřev NBI (Neutral Beam Injection). Vylétávající α-částice mají opět sloužit k přímé přeměně fúzní energie na energii elektrickou. Zatímco Helion Energy, vedlejší produkt společnosti MSNW LLC z Redmondu, která vyvíjí pohony raket a technologie příbuzné fúzní energii, ve svém zařízení Fusion Engine používá helium 3 (dva protony a jeden neutron v jádře), největší kalifornská soukromá společnost zabývající se termojadernou fúzí Tri Alpha Energy uvažuje ve svém zařízení C-2U o bóru. Helium 3 se na Zemi vyskytuje sporadicky a nejbližší „nevyčerpatelné“ zásoby jsou na Měsíci. Bór naproti tomu vyžaduje k zapálení fúze s protonem 10× větší teplotu než fúze deuteria s tritiem, s kterou se počítá v tokamaku ITER. Současné zařízení Tri Alpha Energy  C-2U má délku tenisového kurtu. Podle Glena Wurdena, vedoucího skupiny plazmatu v Plasma Physics Group v Los Alamos National Laboratory (LANL) v Novém Mexiku, který ústav navštívil: „ Je to nádherná mašina!“

Určitě vás napadne, že kritickou částí jmenovaných zařízení je jednotka, která zajistí synchronizaci dvou, a v případě General Fusion dvouset trysek/pístů. Například zařízení Fusion Engine společnosti Helion Energy Inc. používá poslední výkřik polovodičové spínací techniky používaný též u větrných turbín.

Vraťme se do Cadarache k rostoucímu tokamaku ITER. Setkání největšího vědeckého projektu s malým, chtělo by se říci zapomenutým, startupem v západní Kanadě předvedlo v závěru jednacího dne 23. ledna, že nadšení snílkové a seriózní badatelé kupodivu mluví společnou řečí.

Kresby: Milan Řípa

Obrázky:  ITER Org.

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Millenium Prize Problems - milión za vyřešení matematického problému

Moderní matematika prožívá od počátku 20. století vzrušující období. Byla totiž vyřešena řada důležitých sporných otázek matematiky, na kterých jsou závislé vědecké, technické a technologické triumfy současnosti.

Slunce a vítr uspokojí sotva desetinu energetických požadavků lidstva

Možnosti větrných a fotovoltaických elektráren při nahrazování klasických energetických zdrojů jsou možná mnohem menší, než se dosud soudí. Podle studie vědeckého týmu z oddělení fyziky a technologie Bergenské univerzity v Norsku bude vrchol celkové instalované ...

Auto se dvěma volanty - testování autonomních vozů

Představte si, že po cestě domů z práce pustíte volant a místo stresu v kolonách si budete klidně číst knihu. Pro naplnění této představy není důležitá jen technika, je nutné zároveň zjistit, jak se bude chovat a reagovat lidský element, člověk ve voze.

Brno je kolébkou měření tepla

To, že si v zimě můžeme pohodlně vyhřát svůj domov, považujeme dnes už za naprostou samozřejmost. 38 % obyvatel, to je 1,5 milionu českých domácností, využívá blahobytu centralizovaného vytápění - tedy dodávek z tepláren, výtopen a dalších centrálních zdrojů, kterých je u nás na 2 000.

MAAE pořádá Mezinárodní soutěž studentů

Jste-li středoškolskými studenty a zajímá-li vás jaderná věda a technika a její aplikace, můžete se přihlásit se spolužáky do týmové soutěže organizované Mezinárodní agenturou pro atomovou energii ve Vídni. Na finalisty čeká zájezd do Jižní Koreje!

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