Jaderná fyzika a energetika

Termínem „první plazma“ se ve výzkumu termojaderného plazmatu nazývá okamžik, kdy se vyčerpá vakuová komora, fungují potřebné pomocné systémy (magnetická pole, nezbytné diagnostiky, napouštění pracovního plynu atd.) a zapálí se výboj. Bezesporu významný okamžik v historii experimentálního zařízení. Pražský tokamak COMPASS měl první plazma v listopadu 2008, a druhé „první“ plazma pro veřejnost v únoru 2009. Tokamak ITER měl mít první plazma v roce 2016, druhé „první“ v roce 2016 a třetí první plazma mělo být v roce 2025. Zatím se tak nestalo, zpoždění je značné, ale jednou ten okamžik nastane. Je potřeba se na něj připravit.

Jedním z paradoxů fúze, prakticky nevyčerpatelného zdroje energie budoucnosti, je skutečnost, že spoléhá na prvek, který v přírodě existuje jen velmi sporadicky. Tritium, jeden ze dvou vodíkových izotopů používaných v ITER a v budoucích fúzních jaderných reaktorech, je v přírodě přítomen jen ve stopovém množství.

Zřejmě nejkurióznější řešení termojaderné fúze předvádí soukromá společnost First Light Fusion Ltd. s domovskou adresou ve Spojeném Království, kde se oddělila od ctihodné Oxford University. Technickým ředitelem je čerstvý doktor Nicholas Hawker, který se zabývá ději při kolapsu bublin. Domnívá se, že po kolapsu může hmota uvnitř kolabující bubliny dosáhnout parametrů, kdy se zapálí termojaderná fúze v inerciálním formátu. Dr. Hawker se pro dosažení kýženého výsledku obrátil do zvířecí říše, konkrétně k tzv. pistolovým krevetám (pistol shrimps), které jsou známy schopností generovat pomocí mimořádně velkého a zvláštně uspořádaného klepeta bublinu schopnou omráčit i většího živočicha, než jsou sami.

Tepelný tok dopadající na terče divertoru (spodní část vakuové komory) ITER bude desetkrát vyšší než tok, který působí na vesmírnou loď při jejím vstupu do zemské atmosféry. Provádějí se pečlivé prototypové a zkušební kampaně, které připravují výrobu vysoce odolných technických komponent; na jaře byl v Evropě dosažen další milník v rozvojovém programu vnitřního vertikálního divertorového terče.

Dosažení extrémně vysokého vakua uvnitř obrovské toroidální vakuové komory tokamaku ITER  je nezbytným předpokladem pro zahájení operací s plazmatem. Vakuum budou mít na starosti kryopumpy. ''Nikdo nikdy nevyrobil žádnou kryopumpu srovnatelnou s tímto strojem, '' říká vakuový inženýr ITER Roberto Salemme. Komponenta o délce 3,4 metru, hmotnosti 8 tun se právě testuje v laboratoři, kterou postavil vakuový tým ITER v Cadarache. Kvalita vakua potřebného pro ITER je v řádu 10^-11 atmosférického tlaku, což odpovídá tlaku v meziplanetárním prostoru, a toho nelze dosáhnout mechanickým čerpacím systémem. Existuje naštěstí jednoduchý fyzikální princip, který umožní převzít úlohu mechanických čerpacích strojů – rotačních vývěv -, když tyto dosáhnou svých hranic. A na něm je založena kryopumpa.

Cílem studia jaderné fúze je vývoj elektrárny neovlivňující klima a životní prostředí. Rozumí se - neovlivňující záporně. Jde o to, jak uvolnit energii sloučením lehkých atomových jader, stejně jako na Slunci. Vzhledem k tomu, že fúzní oheň potřebuje k zapálení teplotu, která přesahuje 100 milionů stupňů, palivo - vodíkové plazma s nízkou hustotou - by nemělo přicházet do kontaktu s chladnými stěnami vakuové nádoby. Plazma izoluje od stěn vakuové nádoby magnetické pole. Je jakoby „zavěšeno“ uvnitř vakuové komory, jejíchž stěn se téměř nedotýká. Způsoby vytvoření magnetického pole se různí. Pojďme se blíže podívat na stelarátor.