Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 635

Jak udržet slunce v hrsti

Velkým problémem vývoje zařízení pro jadernou fúzi je tzv. „první stěna“. Jde o materiál, který je v přímém styku se žhnoucím plasmatem při zažehnuté jaderné fúzi. Odolnost stěn, mezi nimiž se pohybuje plasma, limituje výkon fúzního zařízení. Stěna se vysokými teplotami poškozuje a její časté vyměňování není ekonomicky schůdné. Pro fúzní reaktor ITER, který je právě ve výstavbě v jižní Francii, probíhá v této souvislosti intenzivní materiálový výzkum.

Fotogalerie (3)
Pohled do komory tokamaku ASDEX Upgrade, která má první stěnu z wolframových destiček

Fúzní plasma má teplotu vyšší než 100 milionů stupňů. Ve správném režimu se stěn nedotýká, protože jej drží magnetické síly. Jsou však místa v reaktorové komoře, např. divertor (místo, odkud se odvádějí zplodiny fúzní reakce), kde na stěnu nádoby působí víc než 1000 oC. Při určitých stavech plasmatu se mohou vyskytnout i další problémy. Neutrony s obrovskou energií produkované fúzní reakcí poškozují krystalovou strukturu materiálu první stěny a způsobují aktivaci. Navíc při spalování tritia a deuteria se může radioaktivní tritium usazovat na stěně. Jakékoliv nečistoty, které by se ze stěny mohly uvolnit, kontaminují plasma a zhoršují jeho vlastnosti, neboť cizí atomy absorbují energii. Efekt by byl tím horší, o čím těžší atomy by šlo. Většina současných experimentálních fúzních zařízení používá ocelovou stěnu chlazenou vodou a vyloženou karbonovými dlaždičkami.

Možnosti

Uhlík je materiál s extrémní tepelnou odolností, lehké atomy uhlíku neohrožují výkon plasmatu, ale stěna z uhlíku bohužel zachytává tritium. Wolfram je kov s velmi vysokým bodem tání, ale jako prvek s těžkými atomy by mohl způsobovat „ušpinění“ plasmatu. Berylium je lehký kov, který neabsorbuje tritium a je dostatečně odolný proti vysokým teplotám, jeho prach je však vysoce toxický.

První experimentální zařízení, které pracuje s wolframovou stěnou, je německý ASDEX Upgrade v Garchingu u Mnichova. Nově má nyní zkoušet stěnu z berylia a wolframu, která se připravuje pro budoucí ITER.

Nové materiály

Kromě zkoušek beryliových materiálů se vyvíjejí i materiály nové. Možnosti využití nabízejí např. karbidy křemíku (silicon‑carbides), speciální slitiny nízkoaktivovatelných ocelí či koncepce stěny z tekutého kovu. Zda jsou vhodné, to se ukáže až při jejich testování v reálných podmínkách jaderné fúze. Společně s reaktorem ITER se buduje i testovací zařízení Mezinárodní ozařovna pro fúzní materiály (International Fusion Materials Irradiation Facility).


IFMIF

IFMIF je společným projektem EU, Japonska a USA a má stát v japonském Rokkasho. Základem budou dva silné urychlovače (každý asi 50 m dlouhý), produkující deuteriová jádra, která se v lithiovém terčíku změní na silný tok vysokoenergetických neutronů. Bude se testovat dlouhodobé chování materiálů za podmínek očekávaných v první stěně fúzního reaktoru.

Marie Dufková
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

3D tisk v roce 2026

Ještě v roce 2021 využívalo 3D tisk jen přibližně 5 % evropských firem. Technologie byla často vnímána jako nástroj pro prototypování nebo experimentování. O pět let později se však situace zásadně změnila.

Co vše se připravuje v JE Dukovany pro nové bloky

Vloni byla podepsána smlouva s Korejci, stavba se má zahájit v roce 2029. Co všechno se už nyní připravuje? Logicky napadá projektová dokumentace, ale věděli jste například, že je třeba udělat ...

Záhada „temného kyslíku“: revoluce, nebo omyl?

Na první pohled se zdá, že věda má jasno: kyslík na Zemi vzniká díky fotosyntéze. Rostliny, řasy a sinice využívají energii slunečního světla k rozkladu vody a uvolňují kyslík, který dýcháme.

12. ročník soutěže Vím proč přilákal 184 týmů

Páskový mikrofon, elektromagnetický akcelerátor nebo balónek, který nepraskl. To jsou některá z témat vítězných videí žáků základních a středních ...

Tři prázdninové exkluzivní exkurze: Lipno, okolí Hněvkovic a virtuálně do Temelína

Kromě obvykle celoročně otevřených infocenter ČEZ bude možné letos o prázdninách přidat tři další exkurzní programy. Zavedou návštěvníky do běžně nepřístupné vodní ...

Nejnovější video

Stellarátory - budoucnost energetiky?

Zjímavý průřez historií jaderné fúze a propagace jednoho ze směrů výzkumu - stellarátorů. množstvím animací i reálných záběrů podává srovnání se současnými tokamaky.

close
detail