ITER – zařízení v hodnotě 14 miliard dolarů má zahájit novou éru výzkumu jaderné fúze

Tokamak ITER, který je největším zařízením svého druhu na světě, se staví ve francouzském výzkumném centru v Cadarache, jenž se specializuje na jaderný výzkum.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – mezinárodní termojaderný experimentální reaktor) v překladu z latiny znamená příznačně cesta. Od zařízení se očekává, že nás přenese do nové éry fúzní energetiky, na čemž vědci z celého světa tvrdě pracují již několik desítek let.

Fúzí dvou izotopů vodíku – deuteria a tritia – má zařízení generovat až 500 MW fúzní energie v podobě tepla a vyzařovaných neutronů, což je desetkrát více energie, než zařízení spotřebuje pro svůj provoz.

Po dokončení bude ITER měřit v průměru kolem 30 metrů, čímž se stane dosud největším fúzním reaktorem na světě. Pokud se reaktoru podaří dosáhnout všech stanovených cílů, stane se prvním zařízením, které zaplní mezeru mezi fúzním laboratorním výzkumem a reálným energetickým využitím.

V červnu roku 2015 přesáhly stavební náklady na zařízení 14 miliard dolarů, avšak experti tvrdí, že to bude stát za to. Konec konců fúze je proces, kterým jsou poháněny hvězdy ve vesmíru, včetně našeho Slunce. Ovládnutí tohoto procesu na Zemi by nám přineslo řadu výhod: fúze produkuje neradioaktivní odpad, který může být během 100 let kompletně recyklován; neexistuje možnost, že by se nám reakce vymkla z rukou, protože jakákoliv závada přirozeně fúzi zastaví; jedná se o naprosto čistý zdroj energie; palivo pro fúzní reaktory lze získávat i z mořské vody, což znamená, že bychom měli k dispozici prakticky nevyčerpatelný zdroj energie.

Problémy spojené s fúzí

V současné době je největším problémem to, že se nám dosud nepodařilo vybudovat takový fúzní reaktor, který by dokázal udržet fúzní reakci po delší dobu a nespotřebovat u toho více energie, než by se získalo z fúzní reakce.

Syntéza izotopů vodíku probíhá ve velmi horkém plazmatu (kolem 100-200 milionů °C) uvnitř reaktoru. Plazma je zahříváno proudem generovaným do plazmatu, mikrovlnami a dalšími technologiemi. Plazma je uvnitř vakuové komory drženo od stěn za pomocí magnetických polí. Udržet plazma při dostatečné teplotě po delší dobu je však dosud velký problém.

Pulzující chování tokamaků se snaží vědci obejít po celá desetiletí, neboť opětovné zahřívání plazmatu je velmi energeticky náročné.

Ideálním přístupem by bylo, kdybychom vybudovali zařízení, které dokáže vyprodukovat soběstačné plazma, u něhož by nebylo po počátečním ohřevu nutné dodávat další energii. Přesně o tohle se snaží ITER.

Plazma v ITERu má dosahovat teploty kolem 150 milionů °C, což je teplota desetkrát vyšší než panuje v jádru Slunce. Takto vysoká teplota je nutná k tomu, aby se v pozemských podmínkách mohly spojit izotopy tritia a deuteria za vytvoření alfa částice – neboli jádra hélia. Po reakci má nově vytvořené jádro hélia vysokou energii, kterou v podobě tepla předá plazmatu, čímž odpadne potřeba vnějšího dodatečného ohřevu. Takováto fúzní reakce je velmi podobná tomu, co se děje i uvnitř Slunce.

Další cesty vývoje fúzních zařízení

V Německu bylo nedávno spuštěno další významné fúzní zařízení, stellarátor Wendelstein 7-X, které má být rovněž schopné vyprodukovat samoudržitelné plazma. Nicméně programový ředitel fúzního výzkumu laboratoří Princeton Plasma Physics Lab (PPPL) Jonathan Menard uvedl, že není pravděpodobné, že by toto zařízení vyprodukovalo více energie, než samo spotřebuje.

Další možností jak dosáhnout fúzní reakce je inerciální udržení, při kterém se za pomocí laseru prudce ohřeje vstřelená peletka fúzního paliva, která sfúzuje dříve než stačí spadnout. Na tento směr výzkumu fúze se zaměřuje zařízení National Ignition Facility v Kalifornii, avšak fúze pomocí inerciálního udržení má před sebou ještě velmi dlouho cestu, než bude konkurenceschopná fúzním reaktorům na principu magnetického udržení, kam se řadí tokamaky a stellarátory.

„V současné době jsou systémy na bázi laseru velmi neefektivní a předpokládáme proto, že první fúzní elektrárny budou v budoucnu založeny spíše na magnetickém udržení,“ uvedl Menard.

Zdroj: World Nuclear News