Jaderná fyzika a energetika

Hybridní reaktor kombinuje principy termonukleární fúze a jaderného štěpení. Jeho srdcem bude fúzní reaktor – tokamak, obklopený štěpným reaktorem chlazeným roztavenými solemi. Neutrony, produkované v tokamaku, se budou v zachytávat v blanketu (rozuměj v palivu štěpného reaktoru), kde budou štěpit thorium 232. Thoriové palivo je levnější a dostupnější než uran. Navíc oproti fúzním reaktorům nebude pro generování elektrické energie potřeba dosahovat tak vysokých teplot, jako u samotného fúzního. (O hybridních reaktorech jsme už psali zde:

https://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-fyzika-a-energetika/558-hybridni-jaderny-reaktor)

I kdyby Spojené státy americké v roce 1998 dodržely slovo a pokračovaly v projektu ITER a nemusel se po jejich odstoupení rozpočet snižovat a velikost tokamaku ITER zmenšovat, nestačil by projektovaný výkon nového plazmatu k vyzkoušení odolnosti konstrukčních materiálů vůči tokům fúzních neutronů. Jen by nebyly dnes náklady na testovací zařízení tak vysoké.

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.