Jaderná fyzika a energetika

Plazma v termojaderném tokamaku je nutné ohřát na 150 milionů stupňů. Pak je dostatečně veliká pravděpodobnost zapálení požadované fúzní reakce. Můžeme to udělat ohmickým ohřevem, mikrovlnami a vstřikováním neutrálních iontů. Určitě není účelem tohoto článku podat zevrubné informace o funkci NBI (Neutral Beam Injection) - vstřiku svazku neutrálních částic. Na to je běžný prostor popularizačního článku příliš skromný. NBI se používá vedle mikrovlnné energie k doohřevu tokamakového plazmatu na fúzní teploty. Základním ohřevem je ohmický ohřev elektrickým proudem, ten ale nestačí, neboť při vyšších teplotách jeho ohřevová účinnost klesá. Na tokamaku ITER, který se právě staví v jižní Francii, se právě instalují hlavní části dvou testovacích zařízení pro systémy vstřikování svazků neutrálních částic SPIDER a MITICA.

Ve středu 23. března 2022 oznámila Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze (FJFI), že od Státního úřadu pro jadernou bezpečnost (SÚJB) získala povolení k výstavbě jaderného reaktoru VR-2. Ten bude stát ve stejné reaktorové hale, kde už od roku 1990 fakulta provozuje školní reaktor VR-1 Vrabec. Počet provozovaných štěpných jaderných reaktorů v České republice se tak v budoucnu zaokrouhlí na rovných deset. Kromě reaktorů VR-1 a VR-2 se jedná o dva výzkumné reaktory Centra výzkumu v Řeži a šest energetických jaderných reaktorů, které ve dvou jaderných elektrárnách ČEZ vyrábějí elektřinu. O přípravě nejnovějšího desátého reaktoru jsme již psali v r. 2018 v článku https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2197-ceska-republika-bude-mit-deset-stepnych-jadernych-reaktoru.

Jedním z řešení hrozící energetické krize může být termojaderná fúze. Na jihu Francie již několik let vědci a konstruktéři budují první termojaderný reaktor na světě. Mezi zapojenými subjekty je mimo jiné Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská ČVUT v Praze (FJFI), která provozuje momentálně jediný funkční tokamak (fúzní reaktor) Golem v Česku (tokamak Compass v Ústavu fyziky plazmatu je v rekonstrukci). Nyní pro studenty i vědce vedle reaktoru vybudovala fakulta za více než 23 milionů korun moderní laboratoř pro pokusy (nejen) s plazmatem, PlasmaLab@CTU. Slavnostní otevření proběhlo na fakultě 17. února 2022.

Největší tokamak na světě ITER staví sedm partnerů v Cadarache na jihu Francie: EU, Rusko, Čína, USA, Japonsko, Jižní Korea a Indie. Palivem bude směs deuteria a tritia. Jediné místo ve vakuové komoře termojaderného reaktoru ITER, kde se silokřivky udržujícího magnetického pole dotýkají stěny, je tzv. divertor. Na něj podél silokřivek dopadají nečistoty, které deionizovány opouštějí díky výkonným vývěvám prostor kolem divertoru, a tím i vakuovou komoru. Nečistoty dopadají na terče a kopuli divertoru – nejvíce tepelně namáhanou část celé vakuové komory. Divertor tvoří 54 částí – kazet divertoru. Kopule všech 54 kazet dodá Ruská domácí agentura ITER.

Jaderný štěpný reaktor není jen vynálezem člověka. Člověk jen znovu objevil a napodobil to, co existovalo v přírodě. Přírodní jaderný reaktor pracoval již před dvěma miliardami let v uranovém nalezišti v Oklu, na území dnešního státu Gabon. Ložiska uranu v  tamních skalních masívech umožnily vznik a udržení se štěpné jaderné reakce o průměrném výkonu asi 100 kilowattů v každé zóně (tedy výkonu srovnatelném s dnešními výzkumnými reaktory) po relativně dlouhou dobu, cca 150 tisíc let.

Přitahují pozornost - blesky vylétající ze vzdáleného konce Montážní haly na staveništi největšího světového tokamaku, do něhož lidstvo vkládá důvěru ve vyřešení svého energetického hladu. Leštěný kov a pravé stříbro, materiál nezvyklý na panelech tepelného štítu, chrání sektor vakuové nádoby před infračerveným zářením. První sektor, kterým se stal sektor č. 6, je upevněn mezi ramena vysokého pomocného montážního nástroje. Na tepelný štít pro celou vakuovou nádobu (devět sektorů) je třeba více než tuna stříbra, které ze všech kovů nejvíce odráží infračervené záření.