Reklama
 
Blog | Dana Mentzlová

Před námi fyzika – 3.

Naše putování po fyzikálních laboratořích pokračovalo stále více na jih. Navštívili jsme Institut Laueho a Langevina v Grenoblu (viz 2. díl) a polykali kilometry po silnicích mezi alpskými velikány. Zastavili jsme u jedné přírodní zajímavosti v obci Digne les Bains. Hned u silnice se zvedá do výše skalní stěna s fosilními ulitami amonitů. Tito hlavonožci žili v jurském období a největší z nich mají 70 cm v průměru.

Přenocovali jsme v horské vesnici Beauvezer se starobylými kamennými domy nalepenými těsně na sebe. Naše dvacetičlenná výprava spolku Aldebaran měla pro sebe celý penzion, budovu to nemálo romantickou, s křivými stěnami, starožitným nábytkem a zdvořilým francouzským majitelem.

ubytování v BeauvezerVečer jsme obdivovali bludiště místních uliček, z nichž mnohé zasluhují pojmenování myší díra, a druhý den nadešel nejvíce očekávaný bod programu – návštěva tokamaku ITER.

NOVÝ A JEŠTĚ VĚTŠÍ TOKAMAK

O tokamaku se psalo v populárně vědeckých časopisech již v období komunismu. Sovětský vynález, navržený akademikem Sacharovem r. 1952, byl svého času napjatě sledován, po zániku Sovětského svazu se na něj mezi veřejností pozapomnělo. Pokusné provozy odhalovaly další a další problémy. Přesto tokamak zůstává metou vědců a nadějí všech spotřebitelů elektřiny. Stavba tokamaku ITER v jižní Francii je druhým nejdražším mezinárodním vědeckým projektem po mezinárodní vesmírné stanici.

Jak známo, energii můžeme z látek získávat různými způsoby. Nejběžnější je spalování. Při něm se mění jedny chemické látky v druhé, ale atomy zůstávají. Druhá možnost je štěpení jader, přičemž se velké těžké atomy rozpadají na menší. Spotřeba paliva je při štěpení mnohem menší, protože tak získáváme energii z nitra atomů.

Ještě účinnějším způsobem získávání energie je slučování malých atomů a částic, známé také pod názvem termonukleární fúze nebo termojaderná reakce. V tokamaku ITER má být základním palivem směs deuteria a tritia (izotopů vodíku). Jejich reakcí vzniká helium a volné neutrony. Spotřeba paliva je řádově menší než v jaderných elektrárnách a nevznikají emise CO2 ani radioaktivní odpad. Přísná bezpečnostní opatření nicméně budou nutná, protože tritium je radioaktivní.

Již dnes, když přijedete na místo, přivítá vás vysoký plot a vrátnice se závorami. Objížděli jsme areál a hledali ten správný vchod pro návštěvníky. Ostraha na severní bráně měla naštěstí naše jména zapsaná a potvrdila nám, že jsme tady správně. Zanedlouho pro nás přijel autobus s průvodkyní. Po pasové kontrole jsme vyjeli k informačnímu centru, vzdálenému asi dvě stě metrů. Nebyl by pro nás problém ujít trasu pěšky, ale skupina v autobuse se jistě snadněji uhlídá.

Nevím, jestli je obecně známo, co je to plazma. Ani na střední škole se o něm dodnes mnoho nedozvíte. Již při teplotě několika málo tisíc stupňů Celsia nevydrží hmota v plynném skupenství a mění se v plazma. Je to čtvrté skupenství hmoty, při kterém jsou elektrony vytržené z atomových obalů a hmota je ionizovaná. S plazmatem se setkáváme v podobě blesku, plamene, uvnitř zářivek a také hmota našeho Slunce je plazma.

Tokamak (тороидальная камера с магнитными катушками) je nádoba na extrémně horké plazma. Tak horké, že se v něm může zažehnout termojaderná reakce. Nádoba má tvar toroidu, názorněji řečeno tvar nafukovacího kruhu, nebo pneumatiky, nebo americké koblihy jménem donut. Palivo, např. izotopy vodíku, se vstřikuje dovnitř a zahřívá se silným elektromagnetickým polem.

Tokamak je v principu transformátor. Primární vinutí je tvořeno soustavou cívek vně toroidu. Sekundární vinutí má jen jeden závit – kruh horkého plazmatu, který se vznáší uprostřed toroidu. Primární vinutí nejenže zahřívá plazma na vysokou teplotu, ale zároveň je magnetickým polem udržuje v určité výšce a vzdálenosti od stěn nádoby. Tím se zajišťuje, že tepelné zatížení stěn nádoby zůstane na zvládnutelné hodnotě 1000 °C. Protože teplota plazmatu potřebná pro provoz tokamaku je přibližně 100 milionů stupňů Celsia, zahřívání pouze cívkami nestačí a užívá se ještě doplňkový ohřev pomocí mikrovln, iontů, elektronů, neutronů a další.

Dosáhnout v tokamaku potřebné teploty a termojaderné fúze není problém. Problémem je stabilita. Plazmové vlákno se rádo zaškrcuje, přetrhává, rozpadá. Na dosud největším tokamaku JET se zatím podařilo dosáhnout fúzního výkonu 16MW po dobu necelé sekundy. Příliš málo na to, aby proces byl ziskový. V zásadě platí, že čím větší tokamak, tím pomaleji se nestability šíří a tím snáze lze proces uřídit.

Průměr plazmové komory tokamaku ITER bude 6 metrů. První vnitřní vrstva toroidu (obálka), která musí čelit nárazům částic plazmatu, se skládá z vyměnitelných panelů z berylia. Tato vrstva má za úkol absorbovat neutrony, které nesou hlavní část energie, vzniklé termojadernou reakcí. Teplo vzniklé absorbováním neutronů bude odváděno vodou. V případě tokamaku ITER nebude teplo využíváno k výrobě elektřiny, toto využití se plánuje až u pozdějších tokamaků.

Plazmovou komoru bude obklopovat vrstva vakua a chlazení. Celý toroid ze všech stran ovinou cívky – ve středovém otvoru bude umístěna centrální cívka vysoká 18 metrů, kolem toroidu další svislé a vodorovné cívky. Na rozdíl od plazmatu potřebují cívky naopak velmi nízkou teplotu -269 °C, aby byl magnetický systém supravodivý. O chlazení se postará tekuté hélium, proudící centrálními kanály uprostřed supravodičů. Pro udržení nízké teploty budou cívky uzavřeny v „termosce“ ve tvaru kotle, vysoké 29 metrů. Tento kotel, zvaný kryostat, bude druhá největší vakuová komora na zemi. Větší mají už jen v NASA na testování satelitů.

Termoska obvykle nemívá v plášti otvory, ale kryostat ano. Jeho 280 otvory bude procházet potrubí, přívody elektřiny, diagnostické systémy, vzdálené operační systémy atd. Otvory musí být co nejlépe utěsněné. Ke kontrole tokamaku má sloužit přes 40 diagnostických systémů, takže francouzský vědec, který nám na místě podával výklad, se už dnes děsí obrovského množství informací a zdůrazňuje nutnost inteligentního filtrování.

Celé zařízení má stát na betonovém podstavci, odděleném od betonového podloží antiseismickými sloupky na ochranu proti případnému zemětřesení. Na staveništi jsou zatím vidět právě jenom tyto betonové základy. Můj muž se kolem sebe rozhlížel s velkým zklamáním, protože měl jenom jakési staré informace, že zkušební provoz začne roku 2015. Náladu mu nezlepšil ani fakt, že administrativní budova už stojí a plné parkoviště před ní svědčí o čilé práci. Bohužel, stavba už nabrala nemalé zpoždění.

Při tak velké administrativní náročnosti se ani není čemu divit. ITER je společným projektem sedmi rovnoprávných členů: jeden z nich je Evropská atomová společnost (tvořená 28 státy Evropské unie a Švýcarskem), další jsou Čína, Indie, Japonsko, Korea, Rusko a USA. Tito členové se dělí o výrobu součástí a systémů, takže např. centrální cívku vyrábějí USA a Japonsko, vnitřní obálku toroidu vyrábí Čína, Evropa, Rusko, Korea a USA, ocel se vyrábí ve Francii a rozesílá se na další zpracování do Japonska, Koreje, Ruska a dalších zemí.

V každém ze sedmi členů ITERU je agentura, která má na starosti plnění závazků projektu v příslušné zemi. Organizace ITER, která projekt koordinuje, už podepsala asi 100 dohod o rozdělení prací mezi domácími agenturami. Agentury uzavírají smlouvy s průmyslem na výrobu komponent podle specifických podmínek. Zatím bylo uzavřeno více než 1.800 smluv na design nebo výrobu. Cena celého projektu se odhaduje na 13 miliard eur, přičemž jde o přibližnou hodnotu, protože výrobní náklady v jednotlivých zemích se liší. Tištěný magazín projektu ITER uvádí pro srovnání, že Katar investuje 150 miliard euro do infrastruktury pro Světový pohár 2022.

Nahlédneme-li do historie, zjistíme, že společná stavba reaktoru pro termojadernou fúzi byla dohodnuta r. 1985 v rozhovorech mezi Francois Mitterandem a Ronaldem Reaganem na návrh Michaila Gorbačova. Původní plán počítal s výkonem 1500 MW, poté byla navržena menší verze s výkonem 500 MW. Jako místo stavby bylo po složitých mezinárodních jednáních určeno Cadarache v jižní Francii. Sedm partnerů podepsalo dohodu o ITERu r. 2006 v Paříži. Areál stavby se považuje za mezinárodní území.

Zdejší pracovníci jsou naladěni optimisticky. Průvodkyně nám slibovala, že příští týden bude na stavbě pracovat ještě více lidí. Francouzský vědec, který nám podával výklad, je přesvědčen, že tokamak ITER bude úspěšný, protože navazuje na 60 let předchozího výzkumu, na evropský projekt JET a americký TFTR. Provoz by měl začít po roce 2020.

Pokud se osvědčí a ukáže se, že zvětšení je možné, bude následovat ještě větší tokamak DEMO, který bude jako první fúzní elektrárna dodávat elektřinu do sítě. Ten slavný den, kdy elektrický proud začne proudit do žárovky nade vraty, se očekává někdy kolem r. 2050. Pokud nenastane zpoždění.

(Konec seriálu.)

 

 Sci-fi, ve které platí fyzikální zákony:
Dana a Rudolf Mentzlovi – Piráti na Marsu
Studenti se zájmem o přírodní vědy poznávají Mars
a pomůžou odhalit piráty. Bližší informace o knize zde.
obalka
Reklama

Vyhledávání

Tip: Vyhledávejte dle autora pomocí autor: autor:”Erik Tabery” další tip

Výsledky vyhledávání

Hledám o sto šest
Vyskytla se chyba, zkuste to znovu.
Reklama