Jaderná fyzika a energetika

14. dubna 2020 uplynulo 40 let od havárie Apolla 13. Kosmonauti tehdy na Měsíc nevystoupili, „pouze“ ho s vypětím všech sil obletěli. Jejich šťastný návrat na Zemi sledoval s rozechvěním celý svět. Podle vyšetřování příčin nehody došlo ke zkratu na přívodním kabelu k motoru pohánějícímu míchadlo kyslíkového tanku. Požár se šířil po kabelech až k průchodce, která povolila, a došlo k výbuchu… A teď si představte, že reaktor tokamaku ITER má srovnatelně kabelů jako kosmická loď! Přečtěte si, jak se s kabeláží vypořádávají konstruktéři tokamaku ITER.

V letech 2004-2005, kdy se rozhodovalo, zda se bude tokamak ITER stavět v Japonsku nebo v Evropě, byla jedním z velmi diskutovaných argumentů přeprava výrobků. Ty rozměrné  se měly dopravovat od výrobce na staveniště ITER po moři. Japonské Rokkasho Muro je mořský přístav, zatímco Cadarache ve Francii je od přístavu vzdálené 100 km. Japonci měli dobře spočítaný počet evropských mostů a tunelů neprůchodných pro největší výrobky, kterými jsou cívky toroidálního pole TFC (TF). Naproti tomu Evropané jednak argumentovali neklidnou seizmickou situací japonského pobřeží a druhak se zaručili, že cesta od mořského přístavu na staveniště ITER bude sjízdná pro všechny výrobky, a to i mimořádně veliké. V roce 2005 byla stavba ITER přidělena Evropě, konkrétně Francii. Tunely se rozšiřovaly, zatáčky narovnávaly a mosty zpevňovaly. Po patnácti letech má Evropa ukázat, že si nevymýšlela a nepřeháněla.

Bolometer (od starověkého řeckého balleinu, hodit, poslat) je zařízení pro měření intenzity dopadajícího elektromagnetického záření, které zahřívá materiál a tím mění jeho elektrický odpor závislý na teplotě. Sám o sobě je až překvapivě jednoduchý, ale je ho nutné přizpůsobit podmínkám, ve kterých bude měřit. Podmínky můžou být mechanické či tepelné namáhání, rozlišovací schopnost jak prostorová, tak časová atd. Bolometry jsou důležitým diagnostickým zařízením pro udržení rovnováhy výkonu tokamaku ITER.

Pro napájení systému ionto-cyklotronového rezonančního ohřevu navrhuje organizace ITER a její partneři nejen nové antény, které budou ústit přímo do tokamakové nádoby, ale také robustní přenosová vedení, která propojí antény s vysokofrekvenčními zdroji energie ve dvou různých budovách. Dodatečný ohřev plazmatu tokamaku ITER rezonanční elektromagnetickou energií na ionto-cyklotronové frekvenci je naplánován na rok 2028.

Naprosto zásadním nedostatkem jinak úspěšných tokamaků je pulzní provoz. Bohužel u transformátoru, kterým tokamak je, jde o principiální vlastnost. Sice se rýsují možnosti jak slabinu alespoň zmírnit, ale zcela nahradit elektromagnetickou indukci jiným způsobem buzení elektrického proudu v plazmatu se nepodařilo. Zatím! Až nedávno se objevila zpráva… Nedávný výzkum ukazuje, že by mělo být možné dosáhnout ustáleného stavu - konkrétně celé jedné hodiny trvání fúzní produkce v tokamaku ITER. Dosáhnout tohoto kýženého stavu by se mělo pomocí kombinace základních systémů ohřevu plazmatu a buzení proudu, zejména zvýšením energie dodávané do plazmatu svazkem neutrálních částic a ohřevem elektronovou cyklotronovou frekvencí.

Další kolo postupné modernizace fúzního zařízení Wendelstein 7-X v Ústavu fyziky plazmatu (IPP) Maxe Plancka v Greifswaldu je v plném proudu. Vodou chlazený vnitřní plášť vakuové nádoby bude zárukou provozu zařízení při vyšším ohřevovém výkonu a tedy i vyšší teplotě a umožní delší pulzy v plazmatu. Cílem je pulz trvající půl hodiny!