Tokamak: energie budoucnosti

15. 11. 2016 | Zdroj: BusinessInfo.cz

Odborníci se shodují, že Zemi v horizontu ne příliš vzdáleném hrozí problém s nedostatkem energie. Existují v zásadě jen dvě možnosti, jak se k tomu postavit.

První z nich je problém odsunout výrazným zefektivněním současných zdrojů a úsporami a druhou pak nalezení nových zdrojů. Tím zásadním v kontextu druhé možnosti by mohly být elektrárny inspirované ději probíhajícími ve slunci – termonukleární fúzí. Jako nejnadějnější zařízení schopné produkovat energii na tomto principu se v současnosti jeví tokamak. O co se vlastně jedná a co si klade za cíl jeden z největších mezinárodních projektů současnosti tokamak ITER?

I ti, kteří o energetice mnoho neví, znají pojmy jako štěpná reakce a jaderná energetika. Co si ale představit pod pojmem termonukleární fúze? Jedná se v zásadě o opačný proces, než je ten, který se aktuálně využívá v jaderných elektrárnách. Místo štěpení jader zde dochází k fúzi (tedy slučování) lehčích jader vodíku v těžší jádra helia za současné ztráty malého množství hmoty. To má za následek uvolnění velkého množství energie na základě snad nejznámějšího vzorce celé teoretické fyziky E=mc2.

Dosažení tohoto děje má však několik úskalí. Fúzní reakci je (se stávajícími technologiemi) možné nastartovat pouze za teplot přibližně 150 milionů stupňů Celsia. Je zřejmé, že nedisponujeme materiály, které by tuto teplotu mohly vydržet. Plazma, které během reakce vzniká, musí být „spoutáno". A co slunce zvládne za pomoci gravitace, je nutné na zemi vyřešit pomocí magnetismu.

Aktuálně nejpoužívanější zařízení, která jsou na tomto principu schopna zabránit dotyku horkého plazmatu a stěn komory, se nazývají tokamak. Jedná se v podstatě o vakuovou, toroidní (prstencovou) komoru. Nastartování reakce (zažehnutí plazmatu) je samo o sobě velmi energeticky náročné, jelikož je nutné palivo na uvedenou teplotu zahřát. Dalším problémem je pak také fakt, že plazma je velmi nestabilní a jeho udržení po delší dobu je velmi technologicky náročné.

Tokamaky ve světě vědy

V současnosti je na světě hned několik funkčních tokamaků sloužících primárně pro vědecké účely. Česká republika disponuje dvěma zařízeními tohoto typu. První, pojmenovaný COMPASS, provozuje Ústav Fyziky plazmatu Akademie věd České republiky a druhým je GOLEM, který má k dispozici ČVUT. Bohužel z hlediska energetiky současné tokamaky nejsou schopny tzv. kladné energetické bilance. Energie získaná v dnešní době dosahuje maximálně cca 67 % energie dodané na nastartování reakce a její udržení.

Kladná bilance je však teoreticky možná – bohužel pouze za předpokladu reaktoru významně větších rozměrů (tak, aby byla co největší vzdálenost mezi středem plazmatu a jeho okrajem). Další nutnou nově využitou technologií je použití supravodivých magnetů. Náklady na stavbu takového reaktoru jsou však nad možnosti libovolného státu světa, a proto vznikl mezinárodní projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Po více než 30 letech jednání se v roce 2006 Evropská unie, Japonsko, USA, Rusko, Čína, Jižní Korea a Indie shodly na realizaci zařízení ve Francii u městečka Cadarache nedaleko Marseille. Původní smělé plány mluvily o nákladech okolo pěti miliard eur a možném spuštění v roce 2016. Ty však brzy vzaly za své a ukázalo se, že doba realizace i vynaložené prostředky budou daleko vyšší. Aktuálně se mluví o nákladech na stavbu kolem 18 miliard eur a o roce 2025 jako reálném termínu úspěšného spuštění.

Tento tokamak by měl dosahovat na dnešní dobu neuvěřitelných parametrů. Při průměru cca 30 metrů bude doba, po kterou by mohlo docházet k opakovaným reakcím až 600 s (což je cca šestinásobkem aktuálních rekordů), a co je nejpodstatnější – energetická bilance by měla být 10:1 – tedy výstupní energie bude desetinásobkem energie vložené. To zní sice impozantně, ale tento reaktor bude stále „pouze" vědeckým pracovištěm.

Na základě zkušeností a výzkumů na tomto zařízení se předpokládá, že po dalších řádově 25 letech bude následovat reálný návrh a výroba první průmyslově použitelné elektrárny. Přesto se obecně věří, že tento projekt je nadějí na nahrazení fosilních paliv a tzv. dekarbonizaci energetiky.

Proč právě jaderná fúze?

Nabízí se hned několik otázek – proč právě tato technologie a bude to za to stát? Všechny zúčastněné strany tomu věří. Výhody jsou zřejmé. Plánovaným palivem jsou velmi dobře dostupné izotopy vodíku a celá technologie je velmi bezpečná. Reakce se totiž bez patřičné „péče" samovolně zastaví do jedné vteřiny. Palivem pak je, jak jsme již uvedli z počátku, vodík a následně jeho izotopy.

Použity jsou sice i radioaktivní materiály, ale ve velmi malém množství a s velmi malým poločasem rozpadu, přičemž pro člověka jsou nebezpečné jedině v případě pozření. Tedy rizika minimální, „čistota energie" na vysoké úrovni a vysoká bezpečnost. Je zřejmé, že očekávání jsou vysoká, ale vede k nim ještě dlouhá cesta.

Celý projekt je bezesporu unikátní tím, že je na něm schopno spolupracovat 35 zemí včetně těch, u kterých vztahy na geopolitické úrovni nejsou právě nejharmoničtější. Nezanedbatelná je i česká stopa v rámci vývoje a realizace.

Čeští vědci na projektu aktivně participují v rámci Evropského společenství pro atomovou energii (EURATOM). České subdodavatele všeho druhu pak zastřešuje společnost Czech Industry for ITER, kde své služby nabídlo cca šedesát českých firem a institucí, nechybí mezi nimi tradiční strojírenské a elektrotechnické firmy, několik pracovišť Akademie věd a univerzit.

Při složitosti celého zařízení to je nutností, celý ITER bude složen z více než milionu unikátních komponent, z nichž mnohé jsou vyráběny vůbec poprvé s doposud nepoužitými technologiemi. Nezbývá než držet palce, aby celý projekt potvrdil očekávání a celou technologii se v následujících letech podařilo plně využít. Již relativně blízká budoucnost ukáže, zda zvolená cesta (latinsky ITER) byla vybrána správně.

Převzato z časopisu Komora. Autor článku: Petr Machota.

Tisknout Vaše hodnocení:

Štítky článků

Související články

Diskuse k článku

+ Nový příspěvek