Řízená termojaderná fúze je energetickou nadějí pro lidstvo

Půl století sní vědci o jaderném reaktoru, který by energii vyráběl podobně, jako ji vyrábí Slunce nebo hvězdy. Termojaderná fúze je možný způsob, jak elektřinu vyrábět čistě, a prakticky bezodpadově. Na jejím výzkumu spolupracují vědci po celém světě, včetně Čechů. 

Řízená termojaderná fúze je energetickou nadějí pro lidstvo

ABSTRACT: The International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), an interna­tional science and technology experiment, has been under construction at Cadarache in southern France since 2007 and should be completed by the end of 2025. The project will be followed by demonstrations of thermonuclear power plant projects. The construction of commercial thermonuclear power plants is expected to begin around 2050.


VČeské republice jsou dva exempláře tokamaku, přístroje, který dokáže napodobit podmínky pro řízenou termojadernou fúzi, tedy slučování jader lehkých prvků za uvolnění značného množství energie. První používají badatelé v Akademii věd a druhý, Golem, slouží jako výukový reaktor už několik let studentům Českého vysokého učení technického (ČVUT) v budově Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské v Praze na Starém Městě.

Jmenovaný GOLEM v minulosti pracoval na Akademii věd. Po třiceti letech získala Akademie věd z Velké Británie větší tokamak COMPASS (COMPactASSembly). „Po působení v Ústavu fyziky plazmatu na Akademii věd se uvažovalo, že půjde do muzea nebo bude odeslán do Indie, ale nakonec jsme ho dostali my na fakultě a používáme ho pod jménem Golem jako vzdělávací zařízení. Původně ho vyrobili pod názvem TM-1 v padesátých letech v Moskvě a do Československa přicestoval v roce 1977,“ vysvětluje Ing. Vojtěch Svoboda, CSc., z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské (FJFI), který tokamak doslova postavil na nohy. Vojtěch Svoboda se dlouhodobě věnuje zařízení a demonstraci termojaderné fúze pro výukové účely.

 

TERMOJADERNÁ FÚZE

Na tokamaku se vědci snaží vyvinout technologii, která umožní vyrábět energii ještě efektivněji a levněji než dosud. „Na výrobu energie v tepelných elektrárnách pro Prahu bychom potřebovali denně vlak uhlí. Pokud budeme v jaderných elektrárnách štěpit uran, potřebujeme pouze vagon paliva ročně, ale existují problémy s jaderným odpadem a bezpečností. A pak je ještě jedna, ve vesmíru běžná možnost. Je to také jaderná reakce, ale nikoliv štěpná, nýbrž fúzní. Termojaderná fúze, kde se pracuje s plazmatem a vysokými teplotami. A úkolem tokamaku je vytvořit na Zemi takové podmínky, jako jsou v centrech hvězd,“ popisuje snahy vědců Vojtěch Svoboda. Připouští, že se výzkumníci inspirují v přírodě a snaží se napodobit či využít vesmírné procesy na zemi. A vyrábět elektřinu z vody a lithia je velmi lákavé.

 

VODÍK – NEJBĚŽNĚJŠÍ PRVEK VE VESMÍRU

Slunce zahřívá Zemi po miliardy let od jejího vzniku až po současnost. Bez stálého přítoku tepla z této hvězdy by se naše planeta proměnila v ledovou kouli bez života. Slunce získává energii ze slučování jader vodíku na helium a těžší prvky. Tento proces nazýváme termojaderná fúze. Každou vteřinu se spotřebuje 600 milionů tun vodíku, což je zanedbatelné množství ve srovnání s jeho zásobami ve Slunci. A vědci se snaží vyrobit umělé slunce či hvězdu, díky které by lidstvo získalo nový zdroj elektrické energie. Jak V. Svoboda připouští, vědcům se daří termojadernou fúzi vyvolat jen na několik sekund. Říká: „Vize, po které jdeme, je elektrárna, kde by jako palivo sloužilo deuterium a tritium. Deuteria je v přírodě nekonečné množství. Tritium se v přírodě nevyskytuje, ale lze ho vyrobit bombardováním lithia neutrony ve fúzním reaktoru. Lithia je pro lidskou společnost dost na desítky tisíc let. Neutrony jsou produktem fúzní reakce deuteria a thritia.“
 

Stavebnice tokamaku před montážní halou – tedy na místě, kde bude skutečný reaktor tokamaku ITER. Vlevo je kryostat a vedle něho „zbytek tokamaku“. Pokud je „zbytek“ přikrytý kryostatem, je celý „zbytek“v technickém vakuu kvůli omezení ohřívání supravodivého vinutí cívek magnetických polí. 

 

POTÍŽE S PLAZMATEM

Termojaderná fúze je proces, při kterém se slučují lehčí jádra, vznikají jádra těžší a uvolňuje se energie. K jejímu dosažení je nutné, aby se reagující jádra přiblížila vzájemně natolik, že převládne jaderná síla přitažlivá nad elektrickou silou odpudivou. Aby se částice dostaly dostatečně blízko k sobě a převládly přitažlivé jaderné síly, musí se vzájemně srážet velkou rychlostí. Toho se dosáhne ohřátím paliva na velmi vysokou teplotu. Z hlediska energetického využití je nejvhodnější reakce deuteria a tritia (těžký a supertěžký izotop vodíku). Při této reakci vzniká jádro helia a neutron, a má nejnižší potřebnou „zápalnou“ teplotu ze všech fúzních reakcí (100 až 200 mi­lionů K). První podmínkou zvládnutí řízené termojaderné fúze je dosažení této teploty. Jakýkoliv materiál je při takto vysoké teplotě ve stavu plazmatu (čtvrtého skupenství hmoty). Z toho vyplývá druhá podmínka pro úspěšné zvládnutí řízené termojaderné fúze – zabránit dotyku horkého plazmatu a stěny. „A vize malé mikrohvězdy pod kotlem s vodou (zjednodušený princip elektrárny) je velmi lákavá. Touto energií bychom mohli ohřívat vodu a pohánět jí turbíny a vyrábět tak elektrickou energii. Je to vize, na jejíž výzkum se dávají ohromné peníze,“ dodává Vojtěch Svoboda.

 

ZAŘÍZENÍ ITER

V červnu 2005 bylo rozhodnuto o umístění mezinárodního vědecko-technologického experimentu, tokamaku ITER (Interna­tional Thermonuclear Experimental Reactor), do střediska Cadarache v jižní Francii, kde se staví od roku 2007. Česká republika se pak ihned zapojila do evropského projektu FUSENET (European Fusion Education Net­work), což dnes představuje konsorcium 36 evropských škol a laboratoří z 18 zemí EU s cílem koordinovat fúzní vzdělávání v Evropě. Z České republiky jsou v konsorciu tři subjekty – ČVUT prostřednictvím FJFI, Ústav fyziky plazmatu (ÚFP) AV ČR, v. v. i., a Univerzita Karlova prostřednictvím Matematicko - fyzikální fakulty.

Na světovém projektu, který stojí asi osmnáct miliard eur, se dále podílí Čína, Japonsko, Rusko, Spojené státy americké, Evropská unie, Indie a Jižní Korea. Ke stavbě největšího tokamaku na světě se spojilo sedm zemí. „V současné době se „zaváží“ tokamaková jáma, jinými slovy svařuje se vakuová komora, ve které bude probíhat slučování izotopů vodíku – deuteria a tritia. ITER bude první fúzní zařízení, které uvolní větší výkon, než spotřebuje. Cílem je dosáhnout poměru nejméně desetinásobku, tedy při příkonu 50 MW by měl být uvolněn fúzní výkon 500 MW. Až na nepatrný výkon pro výrobu elektřiny se veškerý „vyrobený“ fúzní výkon rozptýlí do atmosféry. Z principiálního pohledu je činnost tokamaku pulzní a ITER počítá s pulzy délky 400 až 600 sekund,“ uvádí Ing. Milan Řípa, CSc., fyzik a popularizátor vědy a tvůrce stavebnice tokamaku pro studijní účely.
 

Tokamak GOLEM je skromné termojaderné zařízení malých rozměrů, hlavní poloměr vytvořeného plazmatického prstence je 40 cm, malý pak zhruba 8 cm. Vybaven je pouze základní technologií a diagnostikou, což znamená v důsledku snadný a robustní provoz, nezbytný pro vzdělávací zařízení.

 

STAVBA V PLNÉM PROUDU

Spuštění reaktoru ITER (první plazma) je plánováno na konec roku 2025. Na jeho výsledky by měly navázat projekty demonstračních termojaderných elektráren DEMO, které by měly dodávat energii do elektrické sítě nepřetržitě. Zde je termín do roku 2050. Projekty DEMO si budou stavět jednotlivé země samostatně a budou-li úspěšné, měly by se začít první termojaderné elektrárny stavět okolo roku 2050.

Spuštění tokamaku ITER koncem roku 2025 je reálné. Deset let se bude ITER odlaďovat pouze na deuteriu (víceméně bez fúzní reakce) a Francie kromě jiného bude sledovat bezpečnost zařízení, aby mohla vydat povolení k plnému provozu. V roce 2036 by podle plánu měla být zahájena fúzní fáze, kdy bude používáno jako palivo deuterium a tri­- tium. Většina zemí bude se stavbou DEMO čekat na výsledky ITERu. Ale nejsem si jist, zda se podaří elektrárny DEMO připojit do sítě. DEMO má mít výkon několik stovek MW a technologii komerční elektrárny. Už jen to, že DEMO si každý partner ITER bude stavět sám, každý podle svého harmonogramu a že připojení do veřejné sítě není určitě hlavní cíl všech zemí, vyvolává určité otazníky. Věřím ale, že některé budou spuštěny. Komerční fúzní elektrárny kolem roku 2050, spíše později jsou velkou neznámou a velkým přáním,“ upozorňuje Milan Řípa.

Tomáš Brejcha

Související články

Energetický Lehman Brothers? Německý plynárenský gigant Uniper je před krachem

Německá energetická velkoobchodní firma Uniper hlásí velké problémy. Tato společnost, která přeprodává ruský plyn, bude pravděpodo…

Dotace na fotovoltaiku pro obce z Modernizačního fondu

Obcím se naskytla nová příležitost, jak snížit svou závislost na dodávkách energie. Ministerstvo životního prostředí ve spolupráci…

ČEZ se řítí do období mimořádné prosperity. Analytici očekávají násobný nárůst dividend

Polostátní energetická skupina ČEZ splňuje všechny předpoklady pro to, aby svým akcionářům dokázala vydělat. Vzhledem k přetrvávaj…

KONTEXT: Rozdělit ČEZ je dobrý nápad, ceny nám ale nesníží, říká analytik

Nenecháme vás padnout, ujišťoval před týdnem Čechy Petr Fiala ve svém projevu k národu. Premiérova opatření jako nízký tarif hodno…

Česká republika ve spravedlivé transformaci propadá. Nesnižuje emise dostatečně rychle a nezapojuje lidi, kritizuje analýza

Analýza platformy Re-set ukazuje, že dosavadní proces spravedlivé transformace v České republice zatím není dostatečný a nenaplňuj…

Kalendář akcí

Životní prostředí - prostředí pro život

12. 09. 2022 10:00 - 14. 09. 2022 18:00
Ballingův sál Národní technické knihovny, Technická 2710/6, Praha 6- Dejvice
Česká informační agentura životního prostředí pořádá za podpory Ministerstva životního prostředí a pod záštitou Technologické agentury ČR tentokrát tř...

Energetika 2022

21. 09. 2022 11:00 - 22. 09. 2022 19:00
Brno
UDRŽITELNOST BEZ ZRANITELNOSTI

Veletrh FOR ARCH 2022

20. 09. 2022 10:00 - 24. 09. 2022 18:00
Praha

Smart Energy Forum

18. 10. 2022 - 19. 10. 2022
Kongresové centrum Hotel Artemis **** a O2 Universum v Praze
Od roku 2015 je Smart Energy Forum  největším odbornou konferencí a výstavou v Česku zaměřenou na fotovoltaiku, akumulaci energie, decentrální energet...

ENERGY-HUB je moderní nezávislá platforma pro průběžné sdílení zpravodajství a analytických článků z energetického sektoru. V rámci našeho portfolia nabízíme monitoring českého, slovenského i zahraničního tisku.

70839
Počet publikovaných novinek
2091
Počet publikovaných akcí
792
Počet publikovaných článků
ENERGY-HUB využívá zpravodajství ČTK, jehož obsah je chráněn autorským zákonem.
Přepis, šíření či další zpřístupňování jakéhokoli obsahu či jeho části veřejnosti je bez předchozího souhlasu výslovně zakázáno.
Drtinova 557/10, 150 00 Praha 5, Česká republika