Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 339

ITER

Na Slunci pozemšťané přistanou stěží, ale Slunce na Zemi přistát může. Nevěříte? A přece: nepatrnou část Slunce už Země přivítala. A chystá se víc.

Dosud největším termojaderném experimentálním reaktoru JET (European Joint Torus) byla v roce 1991 zapálena termojaderná reakce, která poskytla 1.7 MW (2 MJ energie) fúzního výkonu. V roce 1997 dlouhé dvě sekundy hořela směs dvou izotopů vodíku – deuteria a tritia – při výkonu 16 MW. Ani tato porce nebyla však větší než výkon potřebný k udržení reakce a poměr fúzního výkonu a celkového příkonu byl Q = 0,65. Experimentální reaktor JET není žádný trpaslík, jeho reaktorovou komorou projede osobní automobil. Ovšem k tomu, aby parametr Q přesáhl kouzelnou jedničku, je třeba postavit zařízení ještě větší. Je třeba postavit ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor, latinsky „cesta“).

Jak to začalo
V roce 1985 se sešly politické špičky Spojených států amerických a bývalého Sovětského svazu, aby mezi jiným projednaly možnost postavit mezinárodní experimentální zařízení na principu tokamaku, které by bylo schopno vodíkové plazma zapálit a nechat ho hořet tak, aby uvolněný fúzní výkon sám stačil k udržení slunečního ohně. Gorbačov a Reagan tak stáli u zrodu ambiciózního vědecko-technického projektu, který měl dát odpověď na důležitou otázku: „Umíme termojadernou energii zvládnout technologicky? Je termojaderná energie schopna komerčního využití?“ Pokud by odpověd zněla ano a další ano by padlo po úspěchu připravovaného experimentu DEMO zabývajícího se ekonomickou konkurenceschopností, byl by vyřešen zcela zásadní a globální problém: „Jak uspokojit vzrůstající energetický apetit lidské společnosti.“ Je totiž jasné, že za dvě, tři generace nebude ani ropa ani uhlí a zásoby paliva pro štěpné jaderné elektrárny budou vysílat varovné signály. Obnovitelné zdroje energie jsou limitované zeměpisnou polohou, počasím a denní dobou.

Ideální vysvědčení
Termojaderná energie je nejen schopna konkurovat jmenovaným zdrojům co do výkonu i co do ekonomiky, ale má navíc takřka ideální vysvědčení i v ostatních předmětech:
Dostatek surovin – Je surovinově zabezpečená do „konce“ lidské společnosti. Paliva, totiž deuteria, je dost ve vodě, tritium lze vyrobit z lithia patřícího k základním složkám zemské kůry.
Odpad – Odpadem je netečný plyn helium, bez jakékoli radioaktivity, který se nepodílí na skleníkovém efektu a je průmyslově využitelný. Dalším produktem D-T reakce jsou neutrony, které jednak v obalu reaktoru budou z lithia vyrábět tritium a jednak jejich kinetickou energii ve formě tepla elektrárna využije způsobem standardním pro tepelné či štěpné jaderné elektrárny. Neutrony také indukují radioaktivitu konstrukčních materiálů reaktoru, ale s tou si po rozebrání reaktoru poradí krátkodobá úložiště v areálu elektrárny.
Radioaktivita – Branou termojaderné elektrárny během její činnosti včetně konečného rozebrání reaktoru neprojde žádná radioaktivní látka kromě nepatrného množství radioaktivního tritia před zapálením D-T reakce.
Bezpečnost – Termojaderná elektrárna bude už v principu jaderně bezpečná. Pouhých několik gramů termojaderného paliva přítomných v kterémkoli okamžiku v reaktoru nevybuchne. Při kontaktu se stěnou reaktoru se hořící plazma ochladí a reakce zhasne. Fúzní elektrárna je vojensky nezneužitelná.
Ideální zdroj energie. A přesto již 50 let vědci po celém světě usilovně pracují a termojaderná elektrárna stále nedodává elektrický proud do sítě? Proč?

Fyzika a politika
Porozumění mediu termojaderné reakce – ionizovanému plynu – vyžadovalo založení zcela nového odvětví fyziky – fyziky horkého plazmatu. Nyní se zdá, že vědci pomalu předávají štafetu technikům. Nicméně rozhodčí u předávacího území – politici – se dlouho přeli o výkladu pravidel.
Ač náklady na ITER nepřevyšují cenu jedné menší letadlové lodě a jsou zlomkem nákladů kupříkladu na válku v Iráku, v rubrice „výzkum“ jediné země, ať jsou to USA nebo EU, tvoří termojaderná syntéza výraznou položku. Nákladnějším vědecko-technickým projektem byla pouze Mezinárodní kosmická stanice (ISS). První smlouvy podepisovaly bývalé SSSR, USA, Japonsko a pochopitelně EU v roce 1987. Zde je třeba zdůraznit, že EU je světovou termojadernou jedničkou. V roce 1998 Spojené státy od projektu ITER za 6 miliard USD odstoupily. V roce 2001 byl dokončen redukovaný projekt za 3 miliardy. Dnes se předpokládá, že stavba rozpočtená na 8 let bude stát 4.6 miliard eur a 30 let provozu dalších 5.4 miliardy. Zejména lidnaté státy úpěnlivě hledají nové energetické zdroje. Pro Čínu s miliardami obyvatel a jejich strmě rostoucí životní úrovní je dostatek energie otázkou života a smrti. USA sní již dlouho o energetické soběstačnosti. V roce 2003 se k ITER připojila Čína a 14 dní po ní se vrátily USA. V tomtéž roce odstoupila Kanada, ale rychle ji nahradila Jižní Korea. Jásot, který provázel návrat finačního a vědeckého giganta – Spojené státy – se posléze změnil v kyselý úsměv. Koncem roku 2002 byli jasní dva kandidáti na stavbu ITER – severojaponské rybářské městečko Rokkasho-Muro a francouzské středisko jaderného bádání Cadarache. Disharmonické tóny vztahů Francie a USA nedovolily dosáhnout potřebného konsensu a více než dva roky se šestice účastníků projektu ITER nemohla dohodnout, zda ITER postavit v Japonsku nebo v Evropě. Rusko a Čína byly pro Cadarache, USA a Korea prosazovaly Rokkasho Muro. Japonci vyčítali Francii 100 transportních kilometrů mezi námořním přístavem v Marseille a Francie upozorňovala na japonskou tektoniku. Japonci zdůrazňovali státní finance připravené pro Rokkasho a Francouzi upozorňovali na 3500 vědců a z toho 400 specialistů na fúzi připravených v Cadarache. Obě strany se předháněly v kompenzačních programech. Nabízely zakázky pro firmy „moudřejšího“ státu (moudřejší ustoupí), nabízely nadstandardní počet vědeckých pracovníků, zdvojnásobovaly dohodnutý finanční obnos, nabízely pomoc při stavbě příbuzného termojaderného zařízení. Před časem vystoupil se zajímavým návrhem otec zakladatel projektu J. Velichov, ředitel Kurčatova ústavu a bývalý blízký poradce M. Gorbačova. Navrhl ITER rozdělit na dvě části – reaktor a ovládací centrum, které, byť na druhé straně zeměkoule, by řídilo díky výkonným počítačům ITER „on line“. Obě strany zajásaly a obě chtěly reaktor...

Proč takový zájem o stavbu termojaderného monstra?
Příliv špičkové duchovní síly, špičkové technologie, tisíců pracovních míst. A prestiž!
Obě strany unavené nekonečnými jednáními uvažovaly o osamostatnění a zdálo se, že se do roku 2014 probudíme se dvěma experimentálními termojadernými reaktory na opačných stranách zeměkoule.
Pak přišlo úterý 28. června 2005. Komuniké ze zasedání ministrů šesti partnerských zemí v Moskvě hovoří jasnou řečí. Největší pozemský vědecko-technický projekt – tokamak ITER – se postaví na jihu Francie v Cadarache! 50 % odhadnutých nákladů stavby uhradí Evropská unie (hostitel) a ostatní partneři po 10 %. Hostitel zadá 10 % zakázek Japonsku, které tak dodá celkem 20 % zakázek, platit bude pouze 10 %. Zatímco hostitel zajistí 40 % personálu, Japonsku připadne 20 % a má rezervováno místo generálního ředitele. Hostitel zaplatí 339 miliónů eur za tak zvané aktivity „širšího pojetí (Broader Approache)“, které zahrnují IFMIF (International Fusion Material Irradiaton Facility – Mezinárodní fúzní zařízení pro testování materiálů ozářením), výpočetní centrum včetně simulačního střediska a střediska dálkového řízení; koordinační centrum technologie pro fúzní elektrárnu včetně mezinárodního střediska pro návrh zařízení DEMO (demonstrační reaktor); nové plazmatické experimentální zařízení (Sattelite Tokamak). Host bude podporovat kandidaturu Japonska pro stavbu zařízení DEMO.

A co my
Od samého počátku projektu ITER se zapojilo již bývalé Československo nejprve prostřednictvím SSSR (ÚFP ČSAV, 1988) a později EURATOM (ÚFP AV ČR, 1990). V současné době se Česko účastní projektu dohodou Association EURATOM/IPP.CR (1999), která koordinuje šest institucí v čele s Ústavem fyziky plazmatu AV ČR (75 % programu), Ústavem fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, Ústavem jaderné fyziky AV ČR, Matematicko-fyzikální fakultou UK, Fakultou fyzikální a jaderně inženýrskou ČVUT, Ústavem jaderného výzkumu Řež, a. s., a Ústavem aplikované mechaniky Brno, a. s. Čeští vědci a technici vyvíjejí pro ITER některé diagnostiky a materiály první stěny vakuové komory. milan řípa

Další informace najdete na adresách:
www.ipp.cas.cz, www.efda.org, www.iter.org


Tip pro vás
Ústav fyziky plasmatu ve spolupráci se vzdělávacím programem ČEZ vydal brožuru Termojaderná fúze pro každého (A5, 100 stran). Máte-li o ni opravdový zájem, můžete si ji objednat na tretipol@volny.cz.

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Naše první slova

Původ řeči je jednou z největších záhad lidstva. „Na začátku bylo slovo...“ praví Bible. Ale jaké? Minimálně od biblických časů jsme se snažili rozluštit původ lidské řeči. Je to konec konců jedna z charakteristik, která nás odlišuje od jiných živočichů.

Černá smrt gumy a jak jí čelit

Guma je jedním z neopěvovaných velkých hrdinů průmyslové revoluce. Kromě jejích obvyklých aplikací, jako jsou pneumatiky, kondomy, elastické spodní prádlo, apod., představuje základní složku asi ve 40 000 výrobcích, včetně absorbérů nárazu, hadic, lékařských nástrojů, těsnění, atd.

Z historie i současnosti vynálezů a jejich ochrany

Vynálezy a objevy často přicházejí na svět klikatými cestičkami. Jednou to vypadá, jako by se na ně čekalo tak netrpělivě, že se zrodí hned v několika hlavách v různých koutech světa, jindy je náhodou nebo omylem objeveno něco, s čím si nikdo neví rady.

Jak vyčíslit ekonomické přínosy jádra? A co na to evropský jaderný průmysl?

Společnost Deloitte vypracovala pro Euratom studii o přínosech jaderné energetiky v roce 2019 a 2050. V současné době je v provozu ve 14 zemích EU 126 komerčních reaktorů o výkonu 118 GWe. Do roku 2050 by měl jejich výkon stoupnout na 150 GWe, budou se ale muset snížit investiční náklady.

Astronauti se pořád ptali: Jak se daří myškám?

Myši, švábi, japonské křepelky, ryby, škeble, rostliny.... ti všichni měli možnost ochutnat Měsíc! Po návratu Apolla 11, od jehož mise letos uplynulo 50 let, putovalo množství vzácných vzorků měsíční horniny do laboratoří.

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