Jaderná fyzika a energetika

Kanada, jeden z prvních účastníků projektu ITER, se vrátila. Ve čtvrtek 15. října podepsali Bernard Bigot za organizaci ITER a asistent náměstka ministra Dan Costello za kanadskou vládu dohodu o spolupráci. Dohoda stanoví podmínky spolupráce při převodu kanadského jaderného materiálu (tritium), zařízení a technologií s tritiem souvisejících. Po vyčerpání světových zásob si bude tokamak ITER tritium vyrábět sám.

Před dvěma a půl roky uzavřelo MIT (Massachusetts Institute of Technology) smlouvu o výzkumu se start-upovou společností Commonwealth Fusion Systems na vývoj experimentálního fúzního zařízení nové generace s názvem SPARC (Small as Possible ARC – Affordable, Robust, Compact). Tehdy v roce 2018 jsme se v 3pólu seznámili s parametry, cílem navrhovaného tokamaku SPARC, s netradičním způsobem financování vycházejícím z výše jmenované smlouvy státem financované laboratoře a soukromé společnosti. (https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/2188-tokamak-sparc. ) Na konci první tříleté etapy měla být jasná technologie vysokoteplotních supravodičů – v jejich použití tkví základní rozdíl od dosavadních tokamaků financovaných zcela státem, které používají výhradně nízkoteplotní supravodiče či dokonce měděné vinutí (ať už to byl TFTR nebo je JET a bude i ITER). V jakém stavu se tedy rodící se SPARC nachází dnes?

Právě dnes je tomu už 30 let, co slouží školní štěpný jaderný reaktor VR-1 Vrabec studentům z Česka i zahraničí, a také vědě. Poprvé dosáhl reaktor, který v pražské Troji provozuje Katedra jaderných reaktorů (KJR) Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT v Praze (FJFI), takzvaného kritického stavu 3. prosince 1990 v 16.25 hodin. Přípravy na jeho výstavbu ale začaly už v roce 1982.

Provoz magnetických systémů tokamaku ITER vyžaduje stejný druh proudu, jaký dodávají baterie do baterek, přenosných počítačů a smartphonů. Tento proud, který teče pouze jedním směrem, se nazývá stejnosměrný proud (DC, direct current), na rozdíl od střídavého proudu (AC, alternate current), který napájí většinu spotřebičů a průmyslových strojů. Průběh střídavého proudu i napětí v čase může být reprezentován sinusovkou, a pro použití takového proudu je velmi důležité, aby tato sinusovka zůstala pravidelná. Problém u tokamaku ITER spočívá v tom, že usměrněním AC na DC se „znečišťuje“ střídavý proud a narušuje jeho distribuci. Proto je bezpodmínečně nutné, aby pro zachování kvality distribuce zajistili provozovatelé v celé síti vhodná „nápravná“ opatření pro zachování pravidelného sinusového průběhu střídavého proudu.

ÚJV Řež letos v červnu úspěšně dokončila šestiletý projekt pro podporu hodnocení bezpečnosti hlubinného úložiště použitého jaderného paliva v ČR. Prostřednictvím své divize Radioaktivní odpady a vyřazování vedla projekt jako hlavní dodavatel pro Správu úložišť radioaktivních odpadů (SÚRAO), která je v ČR na základě zákona zodpovědná za hospodaření s radioaktivními odpady. Řešení zahrnovalo celkem 44 dílčích podprojektů a publikování téměř 240 odborných zpráv. Mezi nejdůležitější výsledky komplexních prací patří pilotní výpočet hodnotící dlouhodobou bezpečnost hlubinného úložiště (HÚ) použitého jaderného paliva a radioaktivních odpadů, s reálnými daty z předpokládané hloubky HÚ a příprava podkladů pro proces hodnocení všech potenciálních lokalit z hlediska dlouhodobé bezpečnosti úložiště. Celý proces byl uzavřen doporučením 4 lokalit pro další detailní průzkumné práce.

Americká jaderná společnost (ANS, The American Nuclear Society), přední americká organizace na podporu jaderné vědy, propůjčila čestný titul „Historický mezník ve výzkumu jádra“ (Nuclear Historic Landmark) průkopnickému Tokamak Fusion Test Reactor, který fungoval v letech 1982 až 1997 v laboratoři Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) Amerického ministerstva energetiky (DOE). (Dnes už je TFTR rozmontován, tj. odvezen do sběrných surovin.) Průkopnické zařízení položilo základ budoucím fúzním reaktorům a v roce 1994 vytvořilo světový rekord v generaci fúzního výkonu (10,7 milionů wattů). V letech 1993 až 1997 to byl ještě další rekord - v celkové uvolněné energii z fúze (1 500 milionů joulů). Úspěchy znamenaly významný krok k uskutečnění fúze na Zemi – uvolnění energie, která pohání slunce a hvězdy - jako bezpečného, čistého a bohatého zdroje energie pro výrobu elektřiny. (O tři roky později rekordy TFTR překonal evropský tokamak JET výkonem 16,5 MW a uvolněnou energií 22 MJ.)