Jaderná fyzika a energetika

Všechny velké tokamaky dnes pracují na problému zvaném „plazma pro ITER“. Nové výsledky výzkumu otevírají cestu k optimalizaci řízení stacionárních a pulzních toků energie uvnitř budoucího největšího tokamaku.

Reaktory s roztavenými solemi – Molten Salt Reactors (MSR) mohou sehrát důležitou úlohu v budoucích jaderně energetických systémech. Nabízejí výhody nejen v oblasti bezpečnosti, ale i účinnosti. Pokročilý výzkum, rozvoj technologie a licencování v některých zemích by mohly umožnit brzké využívání této inovační technologie. MSR pracuje na stejném principu jako současné jaderné reaktory: kontrolované jaderné štěpení produkuje páru, která pohání turbínu vyrábějící elektrickou energii. Je zde ale základní rozdíl – v aktivní zóně reaktoru hrají klíčovou úlohu roztavené soli, které slouží jako chladivo místo vody, která se používá u většiny dnes provozovaných reaktorů. Místo palivových tyčí používá většina projektů MSR palivo rozpuštěné v chladivu. Oba tyto charakteristické rysy poskytují řadu výhod, jako je například vyšší účinnost, schopnost sledovat zatížení a schopnost pracovat při vysokých teplotách. Proto jsou vhodné pro neelektrické aplikace, které vyžadují technologické teplo o velmi vysokých parametrech (vysokoteplotní procesy např. v chemickém průmyslu apod.).

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.