Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 305

Pro tokamak do second-handu

Ať už je jejich velikost jakákoli, fúzní zařízení jsou jemné, složité a drahé technologie. Jak postupuje výzkum a experimentální programy se rozšiřují a prohlubují, všechny vědecké instituce běžně cítí potřebu mít nová zařízení s dodatečnými výzkumnými kapacitami, moderním vybavením nebo exotickými rysy. Když už upgrade není možný, "staré" zařízení se objeví na neoficiálním "second-hand trhu". Zde se častěji daruje než prodává - stejně jako by dnes člověk asi obtížně prodával sice dokonale funkční, ale ne docela špičkový počítač. Podívejme se na pár takových tokamaků z druhé ruky.

Fotogalerie (5)
Dědeček všech tokamaků: původně modernizace ruského TM-1, který fungoval v Kurchatově v letech 1963 až 1968, nyní slouží vzdělávacím účelům na ČVUT v Praze pod názvem GOLEM. Na snímku je ovšem tokamak CASTOR. (Credit © ITER Organization, http://www.iter.o

Nick Balshaw z Agentury pro atomovou energii Spojeného království (UKAEA) má zvláštní hobby. Sleduje všechny světové tokamaky a jejich osudy. Uvádí více než tucet strojů (včetně stelarátorů), které během svého života změnily „bydliště“ - a často nikoliv jen jednou.

OD TM-1 VČ KE GOLEMOVI

Rusko, které v průběhu 70. a 80. let vybudovalo a modernizovalo řadu tokamaků, bylo jedním z nejvýznamnějších přispěvatelů na trh tokamakového second-handu. V Moskvě se tokamaky číslovaly podle pořadí, v jakém se dokončily. Začínal T-1, T-2, veleslavný T-3, první supravodivý tokamak na světě T-7, první tokamak s nekruhovým průřezem vakuové komory T-11, známý a dodnes provozovaný  T-10, největší sovětský tokamak T-15. Pokud bylo třeba na stávajícím tokamaku ověřit nějaký jev důkladněji, postavil se mladší bratříček s písmenkem navíc. Tak přišel na svět TM-1 „tokamak malyj“ pro výzkum ohřevu plazmatu jeho stlačením pomocí magnetického pole. Tokamak TM-1 VČ, který fungoval v Kurčatovově ústavu v letech 1963 až 1968, nyní slouží vzdělávacím účelům na ČVUT v Praze pod názvem GOLEM. Jak to bylo? V roce 1976 v Ústavu fyziky plazmatu ČSAV fungovalo zařízení s toroidálním vakuovou komorou nazvané INTERMEZZO. Bylo vyrobené v ústavu a byla na něm úspěšně ověřena platnost teorie R. Klímy a V. Petržílky. Zajímavé je, že se nedochovala žádná fotografie INTERMEZZA – pouze kresba. Při stáži pracovníků Oddělení vysokoteplotního plazmatu ÚFP ČSAV v Kurčatovově ústavu v Moskvě roku 1974 přišel doktor V. D. Rusanov s nabídkou zapůjčit malý tokamak TM-1-VČ, který musel v jeho laboratoři ustoupit většímu zařízení, do ÚFP ČSAV pro společný výzkum fúze. (Ze stejného „důvodu“ se o mnoho let později (v roce 2007) stěhoval do Prahy tokamak COMPASS z britského Culhamu, aby se uvolnila obsluha pro tokamak MAST.) V září roku 1977 byl TM-1-VČ uveden do provozu v Praze. VČ znamená "vysokočastočnyj" a napovídá, že ohřev plazmatu se odehrával vysokofrekvenčním polem. V Praze se pak vyměnilo VČ za MH jako Microwave Heating (ohřev mikrovlnami) a tokamak se přejmenoval na TM-1-MH. V roce 1985 byl přestavěn a spuštěn jako CASTOR (Czechoslovak Academy of Sciences Torus). Zřejmě poslední přejmenování absolvoval třetí nejstarší tokamak na světě na půdě Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze – po internetu ovladatelný výukový tokamak oslovil doslova celý svět názvem GOLEM.

Další ruské tokamaky do světa

Tokamak LIBTOR, který byl instalován v roce 1982 v Libyjském Jaderném výzkumném středisku Tajoura (Tajoura Nuclear Research Centre), je rekonstruovaný stroj TM-4, který pracoval v Kurčatovově ústavu v letech 1969 až 1973.

Komponenty z jiného ruského stroje – velkého T-7 (1979-1985) a prvního tokamaku na světě vybaveného supravodivými cívkami toroidálního pole - byly znovu použity v tokamaku HT-7 v Číně a stály tak na startu čínského supravodivého programu, který vyústil v první celosupravodivý tokamak na světe – EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Není bez zajímavosti, že Moskva nejprve nabídla T-7 Praze, ale ta se na něho necítila. Praha totiž poskytla tokamaku T-7 mikrovlnný grill, kterým v tokamaku bezindukčním způsobem vybudili v roce 1982 po dobu 30 sekund elektrický proud 200 kA, což byl tehdy světový rekord.

Méně známý ruský stroj TVD, byl v roce 1994 předán Íránu, kde se v souladu s dlouholetou tradicí pojmenovávání jaderných projektů jménem hor, stal Damavandem, podle nejvyššího vrcholu Íránu a významného objektu perské mytologie.

Tokamak jako hora

Tradice pojmenovávat výzkumné fúzní projekty jménem hor pochází z "Matterhornu", tajného programu, který probíhal v Princetonské univerzitě v padesátých letech minulého století. Volba názvu projektu tu odrážela horolezeckou vášeň jeho vedoucího Lymana Spitzera a měla připomínat paralelu mezi námahou dosáhnout vysokého vrcholu a těžkostí získání energie z jaderné syntézy. Několik fúzních projektů bylo od té doby křtěno horskými jmény – kupříkladu stelarátory v Greisfaldu Wendelstein AS a Wendelstein 7-X.

Portugalsko, Brazilie, Írán a další

Přenechání „použitých“ fúzních zařízení je způsobem, jak zasadit semena výzkumu fúze v aspirujících zemích. Portugalsko například provozuje od roku 1990 malý tokamak s názvem ISTTOK, který je založen na stroji, který začal svou kariéru v roce 1974 na holandském ústavu FOM (nyní DIFFER) pod jménem TORTUR.

V roce 1999 získala Brazílie 20-letý tokamak TCA od Ecole polytechnique fédérale de Lausanne ve Švýcarsku. Francouzské jméno zařízení (Tokamak à Chauffage Alfvèn) pokračuje v brazilské zkratce TCABR (nebo TCA-Br). Brazílie, která vyjádřila zájem o vstup do společnosti ITER koncem roku 2000, provozuje ještě další tokamak NOVA-UNICAMP, který byl v minulém životě tokamakem Nova II na Kyotské univerzitě v Japonsku.

Jak postupují ve svém výzkumu, stávají se bývalí "příjemci" často dalšími "dárci". Čína například poté, co využila ruské součásti pro HT-7 a německé komponenty (z původního ASDEXu) pro HL-2A, se vzdala zařízení HT-6B (1982 - 1992) ve prospěch Íránu, kde je nyní instalované jako IR-T1 na Azad University v Teheránu.

Čtyři různé střechy na dvou kontinentech

Za neúnavného poutníka je možné považovat v roce 1974 francouzsko-německo-belgickým rodičům narozeného WEGA,  ve věku 40 znovu pokřtěného jménem HIDRA. Stelarátor přeměněný na tokamak  fungoval pod čtyřmi různými střechami na dvou kontinentech. HIDRA (Hybrid Illinois Device for Research and Applications, Hybridní zařízení pro výzkum a aplikace v Illinois) byl v roce 2014 převeden z institutu Maxe Plancka (IPP) v německém Greifswaldu do University of Illinois v Urbana-Champaign. Zařízení, které Physics Today popsalo jako "tokamak a stelarátor", spatřil světlo světa ve francouzském Grenoblu jako společný německo-francouzsko-belgický projekt pod názvem "Experiment Wendelstein" pro aplikaci radio-frekvenčního ohřevu (Wendelstein Experiment in Grenoble for the Application of Radio Frequency Heating) - krátce WEGA. Zařízení WEGA působilo v Grenoblu asi 10 let, pak bylo v roce 1984 převezeno na univerzitu ve Stuttgartu v Německu a pokračovalo v provozu do roku 2001, stále pod zkratkou WEGA, ale s jiným významem písmen v názvu. "G" nyní znamená Greifswald a poslední písmeno "A" je zkrácené Ausbildung (vzdělávání, výcvik) místo bývalého. Do konce roku 2013, kdy byla dokončena nejnovější inkarnace projektu Wendelstein (Wendelstein 7-X), WEGA skončila, aby nakonec přeplavala Atlantik. Celkově za více než 40 let existence fungovalo zařízení pod čtyřmi různými střechami na dvou kontinentech.

Politika je všude – USA versus Írán

Na trhu s použitými stroji jsou zařízení pro jadernou syntézu předávána bezplatně (s výjimkou nákladů na dopravu, které obecně platí příjemce). Existuje však jeden případ značky "na prodej" připojené k tokamaku - a ten případ stál za to.

Kanada vstoupila do výzkumu fúze koncem sedmdesátých let a v roce 1986 kanadské Centrum pro magnetickou syntézu (Canadian Centre for Fusion Magnetics, CCFM) provozovalo experimentální tokamak na předměstí Varennes v Montrealu. Tento středně velký stroj Tokamak de Varennes se specializoval na studium interakcí plazmatu a stěny, což více než jedno desetiletí tvořilo jádro aktivity CCFM. Bohužel, roku 1997 musel být projekt zastaven kvůli nedostatku finančních prostředků. CCFM měla najednou dokonale funkční stroj v hodnotě milionů dolarů, který byl připraven k prodeji. Mezi potenciálními kupci byl Írán, jehož ambiciózní výzkumný program v oblasti jaderné syntézy se musel spoléhat na zastaralé stroje. Íránská nabídka se pohybovala v rozmezí od 50 do 90 milionů USD (podle zdrojů). Nabídka by byla nadšeně přijata, kdyby diplomatický kontext byl jiný: Írán byl v té době pod americkými sankcemi, a dokonce i v kanadských vládních kruzích byla cítit nechuť transakci uskutečnit. Řešení přinesl General Atomic: aby zdokonalila svůj DIII-D tokamak, potřebovala společnost silné gyrotrony ... právě toho typu, kterými byl vybaven Tokamak de Varennes. Odmontování jednoho z ohřevových systémů (gyrotronů) výrazně snížilo vědeckou hodnotu tokamaku a jak se očekávalo, Írán stáhl nabídku. Jedná se o vzácný, ne-li jediný, příklad tokamaku "na prodej" -  jenže místo v íránském ústavu skončil v muzeu. Tokamak de Varennes byl v roce 2001 převezen do kanadského federálního hlavního města Ottawy, kde je nyní jedním z nejkrásnějších exponátů v Kanadském vědeckotechnickém muzeu - jedinečný příklad fúzního stroje vystaveného pro širokou veřejnost.

Můžeme si jen přát, aby tokamaků v muzeu bylo co nejméně, raději ať všechny fungují v ústavech a nejlépe v elektrárnách.

 

(Volně podle Roberta Arnouxe.)

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Průlom v oblasti jaderných baterií

Jae W. Kwon a jeho vědecký tým z University v Missuri vyvinul novou generaci baterií na bázi beta záření. Tato baterie může být potenciálně využitelná jak v kosmických aplikacích, tak třeba i v automobilech.

100 % elektřiny z obnovitelných zdrojů do roku 2050?

Čisté energetické technologie dosáhly v posledním desetiletí značného pokroku. Ale mohly by vůbec stoprocentně pokrýt výrobu elektřiny? Jak? V roce 2017 byly ve světě vybudovány sluneční elektrárny o výkonu 98 GW, z toho více než polovina  v Číně – 53 GW.

Až ITER zapálí první plazma

Termínem „první plazma“ se ve výzkumu termojaderného plazmatu nazývá okamžik, kdy se vyčerpá vakuová komora, fungují potřebné pomocné systémy (magnetická pole, nezbytné diagnostiky, napouštění pracovního plynu atd.) a zapálí se výboj. Bezesporu významný okamžik v historii experimentálního zařízení.

Kdo určuje, který energetický zdroj je „zelený“?

Investoři poslední dobou utrácejí velké peníze na zelené projekty. Proč? Vysoká návratnost investic do zelených projektů přitahuje obrovské toky peněz. Otázka zní, zda by mohl trh uspět tam, kde vlády většinou selhávají.

Cestování Norskem jen na elektřinu

V Norsku bylo nedávno předvedeno dvousedadlové letadlo na elektrický pohon od společnosti Avinor. Tím země zahájila přibližování k roku 2040, kdy chce mít na tento pohon všechna domácí letadla. Vyvolalo to velkou diskusi, neboť letectví zatím elektrifikované není.

Nejnovější video

Zrození nového ostrova

Po 53 letech se roku 2015 objevil na Zemi v souostroví Tonga nový ostrov. Turistům se podařilo jeho zrození z hlubin moře natočit. Vulkanická exploze vyvrhla prach do výšky 9 kilometrů. Vědce nyní nesmírně zajímá - představuje totiž krajinu podobnou té na Marsu. Eroze nových hornin může simulovat poměry, jaké byly na Marsu, když ještě na něm byla voda. (Zdroj NASA)

close
detail