Téma měsíce: Čeští vědci studují termojadernou fúzi

Pohled zevnitř reaktoru

V Praze bude stát za pár týdnů nové termonukleární zařízení. Citlivější lidé se nemusí děsit! S reaktorem v atomové elektrárně nemá v podstatě nic společného. Ostatně, když říkám nový, znamená to, že už jsme léta měli v hlavním městě jiné takové zařízení. A nikomu to nevadilo. Nejprve si ale řekněme pár slov na vysvětlenou.

Pohled zevnitř reaktoru
Sen o levné a čisté energii získávané z vody asi ještě dlouho nebude naplněn. Někteří skeptici tvrdí, že nebude naplněn nikdy. Optimistů je ale mezi vědci naprostá většina. Jsou jednoznačně přesvědčeni, že právě termonukleární energie by měla být v budoucnosti definitivním energetickým zdrojem lidstva. Až dojde uhlí, ropa, plyn či uran pro atomové elektrárny, zůstanou na Zemi prakticky nevyčerpatelné zásoby vody a v ní obsažené izotopy vodíku, paliva pro budoucí termonukleární elektrárny.

Na rozdíl od atomových elektráren, ve kterých probíhá štěpení těžkých jader uranu, by v termojaderných elektrárnách probíhal opačný proces, tedy slučování lehkých jader vodíku. Při takové termojaderné fúzi nevznikají žádné štěpné produkty, nevzniká problém, co s vyhořelým palivem, nevznikají žádné skleníkové plyny, neprobíhá řetězová reakce, takže se ani nemůže rozběhnout proces vedoucí k nekontrolovatelnému uvolnění energie, nehrozí tedy žádný výbuch.

Je tu ale jeden zásadní problém. Termojaderná fúze probíhá za teploty více než 100 milionů stupňů Celsia. Při takové teplotě už hmota existuje jen ve stavu plazmatu, ionizovaného plynu, směsi atomových jader a volných elektronů. Z toho je zřejmé, že neexistují hmotné stěny, uvnitř kterých by reakce mohla proběhnout. Jeden ze způsobů, jak plazma ´ochránit´ je obklopit ho silným magnetickým polem. A jednomu typu zařízení, které slouží k magnetickému udržení plazmatu, se říká TOKAMAK. Právě s tímto zařízením provádějí vědci experimenty, které by nakonec měly vést k vyprodukování obrovské energie na základě termonukleární reakce. S tokamakem mají velké zkušenosti i čeští vědci. Nyní se jim podařilo získat z Velké Británie nový typ. Milan Řípa z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd vysvětluje, jak se to podařilo.

Milan Řípa, foto: autor
"Velká Británie, konkrétně vědecké středisko v Culhamu, chtěla dát k dispozici tokamak, který nebyl využit. Postavili si jiný, trošku jiného typu. A my jsme uspěli ve výběrovém řízení, i když přiznávám, že to byla od našeho vedení velká odvaha pustit se do takové akce. Je to opravdu velmi náročné. Náš ústav má ale velmi dobré zkušenosti. Získali jsme je na starším typu tokamaku z bývalého Sovětského svazu. Z desítky zemí, která v roce 2004 přistupovala do Evropské unie, jsme byli jediní, kdo měl tokamak. Byly tady zkrátka zkušenosti, byla tady chuť, byl tady velmi sehraný tým šikovných lidí. Na tomto základě jsme šli do výběrového řízení. Vyhráli jsme ho, takže v současné době se tokamak postupně transportuje z Velké Británie do Česka. Zároveň se staví budova, takže letos už by měl být tokamak v Česku kompletní."

V tuto chvíli si jistě většina lidí položí otázku, vyplatí se vůbec malé České republice pouštět se do tak náročného výzkumu, jakým je termojaderná fúze? Není tato oblast vyhrazena jen nejprestižnějším vědeckým týmům z nejbohatších států světa?

"Víte, mě tato otázka připomíná situaci někdy před padesáti lety, kdy se u nás začalo s jadernou energií, i když z druhého konce Mendělejevovy tabulky, tedy když se jaderná energie získává štěpením. Začínalo se prakticky od nuly a přesto byl postaven jaderný reaktor v Řeži, přesto byla vybudována zcela nová fakulta, která má dnes velmi dobré jméno nejen u nás, ale i ve světě, která vychovává inženýry a vzdělané lidi schopné pracovat v jaderném oboru. Dnes je situace, kdy říkáme, že termojaderné elektrárny budou fungovat za dvacet, třicet nebo čtyřicet let. My se ale na tu dobu musíme připravit. Nemůžeme čekat, že nám někdo ty vědomosti nalije do hlavy nebo prodá zadarmo. Zkrátka, pomalu začínáme budovat i tu lidskou základnu. Už druhým rokem běží právě na Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské nové zaměření, které se nazývá ´fyzika a technika termojaderné fúze´. Tam už se připravuje lidský potenciál nejen pro Compass, jak se jmenuje náš nový tokamak, ale třeba i pro ITER a třeba už i pro tu termojadernou elektrárnu."

Milan Řípa vyslovil jméno ITER. Co to je? Jde o tokamak nové generace, který se v mezinárodní spolupráci staví ve Francii. Měl by být první svého druhu, který vyprodukuje více energie, než spotřebuje na vyvolání termonukleární reakce. Právě ITER by se měl stát jakýmsi v uvozovkách prototypem budoucí opravdové termojaderné elektrárny. Čeští vědci byli u toho od samého začátku.

"Už v osmdesátých letech, kdy byl zahájen projekt ITER, jsme se projektu zúčastnili. Byly to pochopitelně teoretické výpočty. Některé výsledky mých kolegů se pak dostaly i do závěrečné zprávy."

Budova pro TOKAMAK v Praze, foto: autor
Od roku 1999 se Česko účastní projektu ITER přes organizaci EUROATOM. Činnost českých vědeckých ústavů a vysokých škol koordinuje Ústav fyziky plazmatu. Vraťme se ale k tokamaku, který bude zanedlouho postaven v Praze. Termojaderná fúze v rozumném měřítku v něm prý neproběhne, na to je příliš malý. Ostatně, zatím je toho schopen jedině tokamak JET v Culhamu u Oxfordu. K čemu tedy bude pražský tokamak sloužit?

"Plazma, ve které termojaderná fúze probíhá, je nesmírně složitá věc. Tokamak se řídí takzvanými podobnostními zákony. To znamená, že se na základě empirických údajů získaných na řadě podobných - důležité je slovíčko podobných - tokamaků určí jisté vzorečky. A ten vzoreček je tím přesnější, čím více podobných tokamaků se na jeho vypracování zúčastní. Protože náš tokamak je podobný budoucímu tokamaku ITER, budeme moci přispívat právě ke stanovení a zpřesňování vztahů, podle kterých se zase mohou odhadovat parametry větších tokamaků, konkrétně právě tokamaku ITER."

Do konce roku by měly být všechny součásti tokamaku v Praze. Mimochodem, ta hlavní váží 25 tun. Vědci a technici pak zařízení smontují. První experimenty by mohly začít v druhé polovině příštího roku.