Kanada a tritium, které není a přece je a bude

Kanada, jeden z prvních účastníků projektu ITER, se vrátila. Ve čtvrtek 15. října podepsali Bernard Bigot za organizaci ITER a asistent náměstka ministra Dan Costello za kanadskou vládu dohodu o spolupráci. Dohoda stanoví podmínky spolupráce při převodu kanadského jaderného materiálu (tritium), zařízení a technologií s tritiem souvisejících. Po vyčerpání světových zásob si bude tokamak ITER tritium vyrábět sám.

Po Austrálii a Kazachstánu je Kanada třetím státem, který má s ITER Organization podepsanou dohodu o spolupráci. Předběžné dohody podepsal v roce 2016 Irán, ale Spojené státy plnohodnotnou dohodu vetovaly. Paradoxní je, že podle IAEA má Kanada tři, Austrálie dva a Kazachstán jeden tokamak. Irán jich má rovnou pět! 

Generální ředitel ITER Bernard Bigot a náměstek kanadského ministra Dan Costello podepsali dohodu o spolupráci ve čtvrtek 15. října. Před téměř dvaceti lety Kanada nabídla, že bude hostit ITER na svém území, ale nebyla vyslyšena. Nyní se vrací „ke stolu“. Na dokumentu jsou také podepsáni ředitel divize Remote Handling & Radwaste Management (Dálkové ovládání a nakládání s radioaktivním odpadem) Spencer Pitcher a vedoucí právních záležitostí Laetitia Grammatico.) 

Výstavbu ITER ve francouzském Cadarache financuje zejména Evropská unie jako hostitel (45,6 %), zbytek sdílí stejnou sumou Čína, Indie, Japonsko, Korea, Rusko a USA (po 9,1 %). V praxi však členové platí projektu v hotovosti jen malý finanční obnos, místo toho poskytují „věcné“ příspěvky ve formě komponentů, systémů nebo budov. 

Kanada hrála v prvních letech projektu ITER důležitou roli 

Na jaře roku 2001, kdy členové ITER dokončovali plán instalace, nabídla skupina podnikatelů, akademiků a odborových svazů vybudování ITER na kanadské půdě - návrh, který projektu poskytl tolik potřebnou mezinárodní důvěryhodnost. Protože nespolehlivé USA opustily projekt ITER mezi prosincem 1998 a lednem 2003 a členové Čína, Korea a Indie se ještě nepřipojily, v roce 2001 zůstaly partnery pouze Evropa, Rusko a Japonsko – Rusko zmítané politickou turbulencí, Japonsko ekonomickou krizi a Evropa? Evropa zůstala na vše více méně sama. Ačkoli se členové nakonec rozhodli umístit stavbu jinam, kontakty mezi ITER a Kanadou nebyly nikdy přerušeny. Díky odborným znalostem zejména v oblasti technologií souvisejících s tritiem je Kanada pro ITER důležitým partnerem. V dubnu 2018 bylo podepsáno Memorandum o porozumění o možnosti budoucí spolupráce a od té doby navštívilo staveniště tokamaku ITER několik zástupců kanadské vlády.

Zásoby použitelného tritia 

ITER začne vyrábět plazma ze směsi deuteria a tritia v polovině 20. let 20. století. V průběhu své experimentální kampaně spotřebuje veškerý světový inventář tritia, který činí jen pouhých několik desítek kilogramů. V přírodě se tritium vyskytuje pouze ve stopovém množství. Jeho hlavním zdrojem jsou dnes reaktory typu Candu, které vyvinula Kanada v 50. a 60. letech. Reaktory Candu používají jako palivo přírodní uran a jako moderátor těžkou vodu, přičemž jako vedlejší produkt vytvářejí malé množství tritia. V současné době funguje po celém světě 31 reaktorů typu Candu, z toho 19 v Kanadě. „Kromě přímé spolupráce s Kanadou,“ uvedl Bigot: „je nová dohoda nezbytná, už jen proto, aby umožnila „retransfer“ technologií z partnerských zemí ITER organization, jako je Korea nebo Rumunsko, které rovněž provozují reaktory Candu.“ Dohoda umožní projektu ITER přidružit (mimo zakládající členy ITER), jednu z největších a nejzkušenějších technicky relevantních tritiových komunit. 

Kam za tritiem, až se vyčerpají zásoby ze štěpných reaktorů CANDU? 

V první generaci fúzního paliva, směsi deuteria a tritia to bude právě tokamak ITER, který na otázku odpoví.

Základní reakce

D + T à ⁴He + n + 17,6 MeV

poskytne neutron pro plodící reakci

⁶Li + n à 4He + T + 4,8 MeV,

která vyrobí kýžené tritium. Je ovšem otázka v jaké formě bude lithium na fúzní neutron čekat. Jaký formát lithia, jaké chladivo? Na to by měly odpovědět TBMs (Test Blanket Modules) – testovací moduly upevněné na vnitřní stěnu vakuové komory tokamaku ITER. Kromě Indie se každý partner pochlubí nejméně jedním TBM. Po vyhodnocení pak ten nejúspěšnější pokryje stěny reaktoru DEMO. Druhá generace fúzního paliva – čisté deuterium - nebude tritium potřebovat, stejně jako třetí generace – bezneutronová reakce p + ¹¹B. 

Testovací moduly blanketu 

Analýza Testovacích modulů blanketu (TBM) je nezbytná pro nejbližší budoucnost uvolňování fúzní energie, která spočívá kromě jiného ve schopnosti prvních průmyslových reaktorů plodit tritium - jeden ze dvou těžkých izotopů vodíku (supertěžký – tritium a těžký – deuterium) slučujících se ve fúzní reakci. Tritia nashromážděného z provozu reaktorů CANDU je nyní v zásobě několik desítek kilogramů. Během provozu na plný výkon ITER vše brzy spotřebuje. Bude však při tom zkoušet experimentální „moduly plodící tritium“.

V rámci spolupráce vyplývající z Dohody o vzájemné podpoře pracovišť * vyvíjí ITER a sousední výzkumný ústav CEA novou metodu zkoumání, analýzy a hodnocení pracovního prostředí v mimořádně stísněných prostorách portů (tunelů spojujících atmosféru a vakuovou komoru) určených pro manipulaci s testovacími moduly blanketu (TBM). Virtuální spojování 3D modelů poskytuje při použití „rozšířené“ či „prodloužené reality“ nejen úžasný zážitek, ale může také přispět ke zvětšení účinnosti obsluhy a minimalizaci její expozice. 

Na vnitřní stěny vakuové nádoby bude upevněno 440 modulů, z nichž dva páry budou zkušební, vyvinuté a vyrobené partnery ITER a každý s jinou technologií. Aktivní prvek každého plodícího modulu, který přijde do styku s plazmatem, je sice relativně malá komponenta (1,7 metru vysoká a 60 centimetrů široká), je však součástí mnohem větší struktury, která váží téměř 45 tun. Každý druhý rok se během odstávky reaktoru vyjmou dvě masivní struktury se dvěma testovacími moduly, aby se podrobily důkladné analýze. 

Sekundárně radioaktivní TBM 

Na úrovni 1 Budovy tokamaku, která odpovídá ekvatoriální rovině tokamaku, jsou dva tunely – „porty“ - vyhrazeny pro manipulaci se systémy testovacích modulů a budou použity jako vstupní a výstupní průchody pro zmíněné 45tunové komponenty. Dnes jsou prázdné, ale když bude tokamak v provozu, budou přeplněné změtí potrubí, kolejnic a systémů všeho druhu. Přestože většina manipulačních operací se bude provádět automaticky a na dálku, v některých okamžicích bude nutná přítomnost techniků. Ale protože porty budou několik měsíců vystaveny hořícímu plazmatu, budou sekundárně radioaktivní a bude nutné omezit přítomnost (ač řádně vybavených) techniků a operátorů, aby se jejich expoziční doba snížila na minimum. Testovací moduly blanketu, které budou instalovány několik let před zahájením provozu tokamaku na plný výkon, jsou v současné době ve fázi předběžného návrhu. 

Rozšířená realita 

Nová metoda vyvinutá odborníky CEA se nazývá „rozšířená“ (augmented) nebo také „prodloužená“ (extended) realita. Vychází ze 3D databází a vytváří kontextové míchání a překrývání virtuálních a skutečných prvků, jako jsou dveře, stěny a galerie. Systémoví návrháři, odborníci a osoby s rozhodovací pravomocí - každý s nejmodernější přilbou na virtuální realitu (například Microsoft HoloLens) - se mohou účastnit současně stejné simulace, zkoumat fyzickou konfiguraci prostředí ve vnitřních prostorách portů a sdílet společné „čtení“ pracovního uspořádání a podmínek. 

Zkušenost je to úžasná: prostřednictvím hologramu, který se promítá na sítnici oka, operátoři plánovitě procházejí přeplněným prostorem vnitřku portu a virtuálně si ohmatají vše, s čím by se mohli setkat ve skutečnosti, i s těžko řešitelnými problémy. Objevení problémů ve virtuálním světě dříve, než ve skutečnosti, je bez jakékoli diskuze pro operátory neocenitelné. Rozšířená realita je při svém použití v rané fázi návrhu systému mimořádně cenný pomocník. Kromě použití v systému testovacích modulů blanketu se může použít kdekoli jinde v celém projektu. 

V uplynulých týdnech si i generální ředitel ITER a několik manažerů nasadili kouzelné virtuální přilby, ponořili se do podivného světa, kde se mísí reálná a virtuální skutečnost, a při plánování budoucnosti se snažili plně využít potenciál rozšířené reality.

* Dohoda o podpoře pracovních míst, podepsaná v roce 2009, zakládá a definuje vztah mezi Francouzským komisariátem pro atomovou energii a alternativní energii (French Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives , CEA) a Francouzskou agenturou ITER.