Sobota, 8 srpna
Shadow

Kompaktní tokamaky: způsob jak přivést fúzi na dosah

Vývoj fúzních reaktorů by v případě zaměření na menší zařízení mohl poskočit rapidně dopředu. První funkční kompaktní tokamaky by potenciálně mohly první elektřinu vyprodukovat už v příštím desetiletí, napsal doktor David Kingham, generální ředitel společnosti Tokamak Energy, která vzešla z britského výzkumného institutu Culham Laboratory a která se zaměřuje na vývoj kompaktních fúzních reaktorů.

jets-fusion-reactor-007
Vakuová komora tokamaku JET (zdroj: edwardwechner0.wordpress.com)

Jaderná fúze je tvůrčí proces vesmíru. Většina hmoty kromě vodíku, malého množství hélia a těžkých prvků, byla stvořena v jádrech hvězd, kde se menší atomová jádra pomocí fúze spojovala do větších. Tato reakce uvolňuje obrovské množství energie. Pro srovnání ze stejného množství materiálu účastnící se fúzní reakce vzejde 10 000 000 krát více energie než spálením stejného množství fosilních paliv.

Zavedeným principem, jak dosáhnout fúzní reakce na Zemi, je spojit jádro deuteria a tritia za vytvoření jádra hélia a neutronu. Neutron nereaguje s magnetickým polem fúzního reaktoru a může tedy vyletět z vakuové komory a předat svoji energii obálce komory, která se tím zahřívá, přičemž následně již podobným principem jako v tepelných nebo jaderných elektrárnách můžeme vyrábět elektřinu.

Fúzní materiál se však nesmí dotýkat fúzní komory, neboť by se stěny komory ohřály, palivo se ochladilo a reakce by tak ustala. Nabité částice, ze kterých se plazma skládá, jsou ovlivněny magnetickým polem. Horké plazma, které může dosahovat teploty i 100 milionů stupňů Celsia tak za pomocí extrémně výkonných magnetů levituje a nedotýká se stěn komory. Zatím nejrozvinutější typ zařízení, který na tomto principu funguje, se nazývá tokamak (ruský akronym pro toroidní komora v magnetických cívkách).

Dosud nejlepším tokamakem je JET (Joint European Torus), který v roce 1997 při příkonu 24 MW vyprodukoval 16 MW z fúzních reakcí. Dokáže tak vygenerovat jenom kolem 65 % energie, kterou ke své činnosti potřebuje.

Už nějakou dobu se ale zdá, že pokrok stagnuje. V posledních letech se sice objevily nové průlomové experimenty, ze kterých jsme se toho mnohé naučili, avšak postup ke kladné energetické bilanci zpomalil. Po dvaceti letech od rekordního výkonu tokamaku JET jsme stále energetické vyrovnanosti na žádném tokamaku nedosáhli.

Tradiční design tokamaků směřuje k větším zařízením, což vykulminovalo projektem ITER, který se v současnosti staví na jihu Francie. Tento tokamak bude na výšku měřit 30 metrů a jeho hmotnost bude dosahovat 23 000 tun. Demonstrační fúzní reaktor “DEMO“, který má po ITERu následovat, bude pravděpodobně ještě větší. V 90. letech, tedy v době kdy se tokamak ITER navrhoval, se věřilo, že jedinou cestou jak zvýšit fúzní výkon a energetickou bilanci je stavět větší zařízení. Avšak velikost a složitost projektu ITER vedla k pomalému postupu. První fúzní reakce má podle současných očekávání v tokamaku ITER proběhnout až v polovině dvacátých let. Kvůli obtížím spojeným s takto velkými projekty začali mnozí přemýšlet o možnosti realizace menších zařízení.

Společnost Tokamak Energy je v současnosti průkopníkem tohoto směru vývoje. Do dnešního dne společnost vydala tři vědecké články, ve kterých dokazuje, že velikost není tak zásadním faktorem, jak se dříve myslelo, a že i malé tokamaky mohou produkovat velké množství energie. Nový proud vývoje se však musí potýkat s dlouhou řadou technických výzev. Společnost Tokamak Energy se snaží všechny tyto výzvy, jako například vývoj magnetů z vysokoteplotních supravodičů, překonat. První tokamak s kladnou energetickou bilancí by tak světlo světa mohl spatřit již během pěti let, první elektřinu by mohl vyrobit v následujících 10 letech a první fúzní elektrárna s výkonem 100 MWe by mohla být v provozu už za 15 let.

To vše je možné díky tomu, že soukromí investoři pronikají do oblastí, které byly v minulosti doménou zejména národních agentur. Za zmínku stojí například společnost SpaceX či Virgin Galactic. Lord Rees of Ludlow, expředseda Royal Societ v roce 2015 uvedl, že „soukromý sektor má v současné době větší chuť podstupovat ve vědeckých projektech rizika než západní vlády.“

Rozložením výzev do dílčích problémů mohou být peníze vybírány k dosažení každého jednotlivého kroku, přičemž v případě úspěchu se peníze vyberou na další krok. Vedoucím státem v oblasti soukromích investic do vývoje fúze jsou Spojené státy americké, kde několik firem obdrželo kolem 100 milionů dolarů na rozvoj několika druhů fúzních reaktorů. Společnost Tokamak Energy je přesvědčena, že Velká Británie by v tomto závodě neměla zaostat.

Ve veřejnosti v současné době existuje určité skryté nadšení, mnoho lidí si uvědomuje, že zvládnutí fúze je důležitá výzva, kterou je potřeba překonat. Nové soukromé investiční prostředí tak pro budoucnost vývoje jaderné fúze přináší naději. Zatímco někteří si myslí, že fúze bude vždy za třicetiletým horizontem, my již nyní pracujeme na technologii, která nás k využívání tohoto zdroje energie přiblíží více než kdy jindy. Spojené království v minulosti bylo zemí, která vedla vývoj v oblasti fúze, kdy vytvořila dosud nejvýkonnější tokamak JET. Společnost Tokamak Energy se snaží, aby Británie na této vedoucí pozici zůstala i v budoucnu.

Zdroj: World Nuclear News

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *

Tato stránka používá Akismet k omezení spamu. Podívejte se, jak vaše data z komentářů zpracováváme..