Kazachstán a termojaderná fúze

Bylo by nemyslitelné, aby světová výstava EXPO 2017 s podtitulem „Energie budoucnosti“ opominula řízenou termojadernou fúzi. Po letech návrhů, staveb a instalací je futuristická konstrukce hotová: obrovská koule se skleněnou stěnou obklopená pavilóny sta zemí, deseti mezinárodních organizací a veletržní plochou navrženou pro přijetí více než dvou miliónů lidí během tří měsíců. Dveře Světového EXPA 2017 na téma „Energie budoucnosti“ se v Astaně, hlavním městě Kazachstánu, otevřely 10. června. Na téma, které přímo rezonuje s poselstvím a budoucností projektu ITER.

Je logické, že ITER a fúze si s EXPO 2017 podaly ruce. Fúze musí být představena na mimořádné technologické úrovni. „Neumím si představit žádnou vědu nebo inženýrský projekt s větším potenciálem dopadu na budoucnost než uvolnění energie slunce a hvězd,“ řekl při otevření „stánku“ generální ředitel ITER Organization Bernard Bigot.

Výstava Expo 2017

Když američtí architekti začali navrhovat struktury světové výstavy Expo 2017 (ve výsledku při pohledu z dálky připomíná kosmodrom), nebylo tu nic jiného než suchá, nekonečná step. Na 174 hektarech vytvořili architekti vizuálně pozoruhodné výstavní město skládající se z více než 200 budov a národních pavilónů. Dominantou je koule o průměru 80 metrů ukazující historii hostitelské země – Kazachstánu, a také kazašský tokamak.

ITER uvnitř Francie

Pouhých několik kroků od středové koule EXPO 2017 obsadila ITER Organization 110 m² uvnitř francouzského pavilonu. Francie ji pozvala k účasti jako hostitelská země mezinárodního tokamaku. Zde jsou popsány a vysvětleny výhody fúze jako potenciálního a ve skutečnosti nevyčerpatelného zdroje čisté a bezpečné energie formou multimediálních nástrojů, modelů a virtuálních realit.

Fúze, kam se podíváš

Francie není jedinou zemí, která tady v Astaně ukazuje energii fúze. Čínský pavilon fúzi připomíná přitažlivou 4D video expozicí a dech beroucí holografickou animací modelu zařízení ITER. Návštěvníky ústřední „koule“ zcela určitě zaujme model kazašského tokamaku KTM. Je sice zmenšený oproti skutečné velikosti, ale stále dost veliký, aby návštěvník musel použít schody. Vystoupení světoznámých cirkusových umělců Cirque du Soleil v maketě jeho toroidální komory bylo symbolické: Slunce ve Slunci!

Kazachstán se zajímá o spolupráci

Světová výstava EXPO 2017 neznamenala jen příležitost seznámit zbytek světa s problematikou řízené termojaderné fúze. ITER Organization využila toho, že je hostitelskou zemí právě Kazachstán a podepsala s ním smlouvu o technické spolupráci. ITER Organization 11. června 2017 oficiálně přijala Národní jaderné středisko Kazachstánské republiky (NNC-RK) jako nového technického spolupracovníka. Smlouva zahrnuje výměnu technických odborníků, přístup ke Kazašskému tokamaku KTM pro testování materiálů a vývoj diagnostik pro ITER. Kazachstán má bohatá naleziště nerostů,  některé z nich jako beryllium jsou pro ITER dokonce mimořádně důležité. Již v květnu podepsal Kazachstán spolu s dalšími zeměmi Společenství nezávislých států (Rusko, Kazachstán, Bělorusko, Arménie, Kyrgyzstán a Tádžikistán) mezivládní dohodu o připojení a využívání kazašského tokamaku KTM.

KTM – tokamak pro testování materiálů

KTM (Kazašský tokamak pro zkoušení materiálů) pracuje v Národním jaderném středisku Kazachstánu v městě Kurčatov (město je pojmenováno podle otce atomové bomby Sovětského svazu I. V. Kurčatova), v severovýchodní části země. S objemem vakuové komory 12,3 m³ (srovnejte s 840 m³ tokamaku ITER) je KTM menší a zcela jiného tvaru než tokamak ITER. Magnetickou klec zařízení vytvářejí cívky poloidálního a toroidálního pole ze slitiny mědi a stříbra. S velkým poloměrem plazmatu 0,9 m je kulové zařízení KTM skutečně mnohem menší než ITER (6,2 m). Ale kazašský stroj je navržen pro tepelnou zátěž až 20 MW/m², což je řádově stejné jako v zařízení ITER. Z tohoto důvodu je zařízení velmi přitažlivou zkušební stolicí pro studium materiálů, které vyhovují potřebám budoucích fúzních reaktorů vyrábějících elektřinu.

První plazma KTM

KTM zapálil první plazma 9. června. Během prvního startu bylo dosaženo výbojového elektrického proudu v plazmatu 10 kA. Doba pulzu plazmatu byla 20 ms a bylo udrženo toroidální magnetické pole B_t ~ 0,35 T. Jako pracovní plyny posloužily vodík, helium a argon.

Cílem prvního fyzikálního spuštění bylo ladění a funkční testy standardních systémů KTM. Zúčastnili se ho pracovníci, kteří se podíleli na práci Národního jaderného střediska Kazachstánu (hostitelského ústavu), Oddělení termonukleárního výzkumu Národního ústavu pro atomovou energii I. V. Kurčatovova a Troického ústavu inovačního a termonukleárního výzkumu, TRINITI (Rusko).

Co KTM umí

Divertor tokamaku KTM se skládá desek „vidících“ plazma [plasma-facing] připevněných na otočný stůl – desky lze vyměnit bez napuštění vakuové komory atmosférou pomocí otočení a svislého posuvu stolu. Tato schopnost spolu s dalšími montážními a demontážními systémy je obrovskou výhodou. Umožňuje totiž obsluze odstranit a vyměnit komponenty za relativně krátkou dobu. Volba materiálu pro komponenty vidící plazma budoucích reaktorů je nesmírně důležitá. Některé plochy komponent budou muset odolat teplotám vyšším než 1000 °C po  mnoho let a právě tak dlouho i čelit mimořádným tokům neutronů.

Pohyblivý držák uvnitř vakuové komory je navržen tak, aby ovládal všechny výměny skrze vstupní port a nastavil divertorové desky ve svislém i azimutálním směru, jak je třeba. Tímto způsobem může být dálkově ovládaným mechanismem vyměněno až 24 prvků divertoru. Zkoušejí se materiály beryllium, wolfram, slitiny wolfram-rhenium, slitiny wolframu a oxidu yttria a vysokohustotního uhlíku, slitina mědi-chromu-zirkonu, nerezové oceli, bi-metalové desky wolfram-měď, atd.; studují se také různé typy odprašovacích mechanizmů částicemi či teplem o tepelných tocích (0,1 až 20) MW/m².

Dvakrát měř a jednou řež! Platí i v termojaderné fúzi!