Jaderná fyzika a energetika

V americkém reaktoru ATR (Advanced Test Reactor) Národní laboratoře v Idahu se právě testuje nový typ jaderného paliva, tzv. palivo odolné proti nehodám (ATF, Accident Tolerant Fuel). Palivo se vyvíjí v rámci programu amerického ministerstva energetiky (DOE), jehož cílem je komercializace ATF do roku 2025. Francouzská společnost FRAMATOME testuje v laboratoři dva nové koncepty: povlak palivových proutků z chromu, který je navržen tak, aby chránil palivo před poškozením a oxidací při vyšších teplotách; a palivové pelety dopované chromem, u nichž se předpokládá, že budou mít delší životnost a budou lépe pracovat za havarijních podmínek.

Ať už je jejich velikost jakákoli, fúzní zařízení jsou jemné, složité a drahé technologie. Jak postupuje výzkum a experimentální programy se rozšiřují a prohlubují, všechny vědecké instituce běžně cítí potřebu mít nová zařízení s dodatečnými výzkumnými kapacitami, moderním vybavením nebo exotickými rysy. Když už upgrade není možný, "staré" zařízení se objeví na neoficiálním "second-hand trhu". Zde se častěji daruje než prodává - stejně jako by dnes člověk asi obtížně prodával sice dokonale funkční, ale ne docela špičkový počítač. Podívejme se na pár takových tokamaků z druhé ruky.

Jeden z nejflexibilnějších a nejlépe vybavených tokamaků pro výzkum fúze na světě prochází v současné době významnými vylepšeními, která usnadní cestu k elektrárnám na principu jaderné fúze. Nové vybavení umožní studium fyziky hořícího plazmatu a jeho udržení. Zatím nejúspěšnější zařízení pro studium termojaderné fúze – tokamak – není nic jiného, než zvláštní druh elektrického transformátoru. Jako takový, je tokamak v principu pulzní zařízení. Vědci a technici usilovně pracují na odstranění, nebo alespoň zmírnění této nevýhody tokamaku. To znamená prodloužit pulzy plazmatu na co nejdelší dobu, ideálně dosáhnout nepřerušovaného režimu činnosti.

Pro všechny, kteří přispěli k návrhu a vybudování největšího zdroje negativních iontů na světě, to byl slavnostní okamžik. Generální ředitel ITER Bernard Bigot stiskl spínač a uvedl do pohybu řetězec signálů, na jehož konci se na obrazovce objevilo krátké plazma. Proběhlo veřejné testování svazku neutrálních částic.

Ztratil se radiační zdroj. Je poškozen a září někde ve volné krajině. Je potřeba jej najít okamžitě. Do akce jsou povoláni Orfeus a skaut - ti prohledávají terén -  a pro urychlení startuje do vzduchu letecká patrola a drony. Ne, nepomáhají zálesáci a mytologické osobnosti, ale supermoderní technika. Při simulaci mimořádné události se předvedly technologie třebíčské společnosti NUVIA. Česká republika má jeden z nejvypracovanějších systémů monitorování radiační situace na světě.

Standardní klasifikace řízené termojaderné fúze rozeznává dva přístupy: inerciální (Inertial Confinement Fusion, ICF) a magnetický (Magnetic Confinement Fusion, MCF). Magnetické udržení využívá omezujícího vlivu magnetického pole na volnost pohybu nabité částice. Plazma se na termojadernou teplotu ohřívá v magnetické nádobě. Inerciální fúze nepoužívá žádné síly k udržení, ale vychází ze základní vlastnosti hmoty, ze setrvačnosti. Všechny procesy potřebné k uvolnění fúzní energie – ionizace, ohřátí a fúze – musí proběhnout v palivu rychleji, než se palivo v důsledku kinetického odstředivého tlaku rozletí do prostoru. Oba přístupy vycházejí z krajních hodnot součinu Lawsonova kritéria:

hustota × doba udržení energie ≥ funkce teploty a typu fúzní reakce

Velkou hustotu a krátkou dobu udržení využívá inerciální udržení, malou hustotu a dlouhou dobu udržení umožňuje magnetické udržení. Je tu však ještě "něco mezi".