Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 343

Bude spuštění fúze znamenat vyčerpání jejího paliva?

Jedním z paradoxů fúze, prakticky nevyčerpatelného zdroje energie budoucnosti, je skutečnost, že spoléhá na prvek, který v přírodě existuje jen velmi sporadicky. Tritium, jeden ze dvou vodíkových izotopů používaných v ITER a v budoucích fúzních jaderných reaktorech, je v přírodě přítomen jen ve stopovém množství.

Fotogalerie (1)
Salinas Grandes v severní Argentině. Pracovníci extrahují uhličitan lithný ze solných ploch v nadmořské výšce 4 000 metrů. (Zdroj Adobe Stock)

Jediný zdroj snadno dostupného tritia pochází ze štěpných těžkovodních reaktorů, jako je např. typ CANDU (vyvinutý Kanadou v letech 1950-60 a používaný dnes i v Rumunsku, Jižní Koreji a Indii). Tritium generované těmito reaktory v poměrně malém množství je však pouze vedlejším produktem.

Výroba tritia v reaktorech CANDU na celém světě činí přibližně 20 kg ročně - není to moc, ale stačí na to, aby tokamak ITER napájela během plánovaných patnácti let fúzní etapy slučování deuteria a tritia. Průmyslová fúzní elektrárna ovšem bude potřebovat průměrně 70 kg tritia na 1 GW tepelného výkonu za rok (při plném zatížení). A představme si, jestliže vývoj fúze půjde tak, jak doufáme, budou v prvních desetiletích 22. století fúzních elektráren existovat stovky, ne-li tisíce.

Odkud pochází všechno tritium?

Příroda, jako kdyby předvídala tuto výzvu, nabízí řešení, které kombinuje eleganci a účinnost - samotná fúzní reakce vytvoří tritium, které bude následně tuto reakci„krmit“. Navíc proces probíhá ve vakuové nádobě v bezpečném, nepřetržitém a uzavřeném cyklu. Klíčem k tomuto procesu je izotop 6 lithia (6Li), který, ozářen neutrony, vytváří tritium. ITER bude zkoušet různé koncepce "modulů pro získání tritia" (test blanket moduls). Každý modul bude jedinečný ve své architektuře, v systému chlazení, jakož i ve struktuře materiálů, to je ve formě sloučenin lithia, a způsobu, jakým bude tritium extrahováno. Ať budou testované sloučeniny kapalné nebo pevné, budou obsahovat lithium obohacené izotopem 6Li v rozsahu 50 %.

Bude dostatek lithia k udržení produkce tritia?

Jaap van der Laan, jaderný inženýr v sekci Tritium Breeding Systems tokamaku ITER, má jednoduchou a rychlou odpověď. "Dostupnost lithia nebude pro příštích tisíc let problémem…“ Jeho víra spočívá v několika základních číslech a extrapolacích. "Ve světě je přibližně 50 milionů tun prokázaných zásob lithia, což znamená přibližně 3 miliony tun 6Li." V současné době jsou hlavními dodavateli lithia Chile, Bolívie a Argentina. V severní Argentině se extrahuje uhličitan lithný ze solných ploch v nadmořské výšce 4 000 metrů. Slušné zásoby lithia se našly v Krušných horách. Stejně jako většina minerálů je lithium obsažené také v mořské vodě. Při koncentraci 0,1 ppm se hmotnost lithia rozptýleného v oceánech planety odhaduje na 250 miliard tun. Japonské středisko Rokkasho Fusion Energy Center již vyvíjí metodu nízkoenergetické extrakce lithia z mořské vody. Obecně se má za to, že polovina světové zásoby se nachází ve slané vodě, druhá polovina v horninách.

Fúze není jediným spotřebitelem lithia. Neustále se rozšiřuje trh s lithium-iontovými bateriemi pro notebooky, mobilní telefony, bezdrátové elektrického nářadí a samozřejmě elektrická auta. Tento trh již spotřebovává 40 procent světové produkce lithia a jeho apetit se bude stále rozšiřovat, neboť popularita elektrických automobilů neustále roste. "Tento trh nevidím jako konkurenci," říká Jaap. Lithium se dnes používá pro baterie (40 % celkové produkce), výrobu skla (24 %), maziv (12 %), chlazení (4 %) atd.

Kolik lithia bude potřeba?

Na získání 70 kg tritia potřebných na výrobu 1 GW tepelné energie na jeden rok je třeba 140 kg 6Li. Za předpokladu 30% účinnosti konverze tepelné energie na elektrickou energii bude výroba 1 GW elektrické energie (odhadovaný průměrný výkon fúzního reaktoru) vyžadovat přibližně 500 kg 6Li za rok, což by pro hypotetických 10 000 fúzních reaktorů znamenalo celkový požadavek 5 000 tun 6Li ročně. Získání 5 000 tun vzácného izotopu bude vyžadovat ročně zpracování (pomocí dobře zavedených technik separace izotopů) přibližně 70 000 tun běžného lithia - stále jen velmi malou část dnes známých dostupných zdrojů.

Specialisté na fúzi se obecně domnívají, že ve světě, kde by se veškerá energie získávala fúzí, by množství lithiové rudy přítomné v zemské kůře stačilo k zajištění potřebného tritia na několik tisíc let. Pokud jde o lithium přítomné v oceánech, mohlo by uspokojovat naší potřebu energie po miliony let. V té době však lidstvo pravděpodobně bude vnímat fúzi deuteria a tritia podobně, jako se dnes díváme na spalování rašeliny - nejprimitivnější techniku založenou na palivu se zvláště nízkým výnosem ...

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Jak jste na tom s informační gramotností?

Jak se studenti druhého stupně základních škol orientují ve světě technologií, které nás obklopují? Jak zvládají aplikovanou matematiku? To ukáže jubilejní 10. ročník informační soutěže IT-SLOT, které se pravidelně účastní tisíce žáků 8. a 9. tříd základních škol z celé České republiky.

Cyklické změny teploty na Zemi

Paleoklimatologové hledají stopy vývoje teplot na Zemi v horninách a fosíliích. Dlouhodobé ochlazování začalo asi před 50 miliony lety, kdy byla průměrná globální teplota 14 °C. Tenkrát ještě nebyla na Zemi trvalá ledová pokrývka a hladina mořské vody byla o více než 70 m vyšší než dnes.

Záhadný lidský mikrobiom

Nedávný výzkum ukazuje, že naše tělo je domovem mikrobů, se kterými se věda předtím nesetkávala. Možná, že se kvůli nim bude i přepisovat strom života. Navíc může mít tato mikrobiální „temná hmota“ i vliv na zdraví.

MAAE zveřejnila nové odhady vývoje jaderné energetiky do roku 2050

MAAE zveřejnila 10. září své nejnovější projekce trendů v energetice, elektřině a jaderné energii do roku 2050. Výroční zpráva nabízí smíšený odhad budoucího příspěvku jaderné energie k celosvětové výrobě elektřiny v závislosti na tom, jak se budou potenciálně ...

Vyřeší největší problém větrných elektráren pojišťovny?

Závislost na počasí je největším problémem větrných elektráren nejen z hlediska jejich vlivu na stabilitu elektrizační soustavy, ale také z pohledu celkové i provozní ekonomiky. Když vítr nefouká, elektrárna nejen že nevyrábí, což dělá problémy v přenosové síti, ale ani nevydělává.

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail