Jaderná věda odhaluje podvody s potravinami
Když běžní spotřebitelé nakupují potraviny, nemusejí vždy odhalit podvod, i když si budou pečlivě číst etikety. Podvod s potravinami lze definovat jako jakékoli úmyslné jednání s cílem ...
Ve stanovený den – 9. listopadu 1991 – se stovky lidí mačkaly v ovládací místnosti tokamaku JET. Byli mezi nimi výzkumníci, novináři i vážení hosté. Připravit zařízení nebylo vůbec jednoduché. Nejprve vědátoři museli několikrát vystřelit pouze s deuteriem, aby zkontrolovali, zda výkon plazmatu odpovídá jejich představám. Pro vyzkoušení činnosti diagnostik museli zkusit několik výstřelů se stopami tritia s množstvím menším než 1 %. Nastal dlouho a netrpělivě očekávaný okamžik. Dav v ovládací místnosti se zavlnil, aby lépe viděl na obrazovky, na kterých se mihotal stín vnitřku vakuové komory. Na počátku výstřelu bylo vidět průsvitné plazma, a když vedoucí experimentu spustil zdroje svazků neutrálních částic, včetně těch vstřikujících tritium, obrazovky zbělaly – neutrony, fúzní neutrony, zaplavily objektiv kamery. Ovládací místnost vybuchla potleskem! Přítomní byli svědky prvního řízeného uvolnění významného množství energie pocházející z termojaderné fúze na Zemi!
O počáteční ohřev plazmatu se staral elektrický proud v plazmatu indukovaný transformátorovým efektem. Růst teploty plazmatu sebou nesl pokles elektrického odporu a ohmický ohřev se stával neúčinným. Z konkursu na tak zvaný dodatečný ohřev vyšly vítězně dva způsoby. Vstřik energetických neutrálních částic (Neutral Beam Injection – NBI) a ohřev mikrovlnami na některé z významných, tzv. rezonančních, frekvencích plazmatu. Dodatečné ohřevy už měly ohřát plazma na termojadernou teplotu. Významným výsledkem databanky výsledků tokamaků sedmdesátých let byly škálovací vzorce – empirické vztahy, které dokázaly s jistou přesností určit závislost parametrů plazmatu na rozměrech tokamaků. Přes odpor teoretiků se ukázala překvapivá skutečnost. Čím větší je objem plazmatu, tím je vyšší teplota a doba udržení energie. Bylo třeba postavit obry!
Na setkání GdL v roce 1971 bylo přijato do evropského fuzního programu pět zařízení včetně velkého tokamaku Tokamak Fontenay aux Roses (TFR) s rekordním elektrickým proudem v plazmatu 400 kiloampérů. Současně malá skupina zahájila práci na mezinárodním tokamaku JET. Joint European Torus vynechal slovo tokamak, neb pro Němce znělo příliš rusky! JET byl od počátku navrhován na samoohřev a-částicemi, produkty DT reakce. Udržet relativně těžké částice vyžadovalo silné magnetické pole, tj. velký elektrický proud v plazmatu. Odhad zněl 3 Megaampéry! Tokamakové nadšení z Novosibirska trvalo a Palumbo se dlouho nerozmýšlel a sestavil skupinu pro podrobnou studii tokamaku JET. Do čela postavili Henri Rebuta.
Sebastian Pease, ředitel britské Culham Laboratory for Plasma Physics and Nuclear Fusion, se nabídl skupině projektující JET pracoviště v Culhamu. Potřeboval očistit jméno laboratoře od nánosu aféry ZETA. Rebut vyplul vstříc novým zítřkům. Doslova. Nadšený jachtař přejel kanál z Francie do Anglie na jachtě vlastní konstrukce i výroby!
Rebut se musel vypořádat s pro tokamak dosud zcela neznámými procesy: hospodaření s radioaktivním tritiem, s mimořádně hořlavým lithiem, vysokoenergetickými neutrony a dálkovým ovládáním v případě práce v sousedství aktivovaných stěn vakuové komory.
Naprosto zásadní byl návrh tvaru průřezu komory ve tvaru písmene „D“. Pro Rebuta znamenal tento tvar menší mechanické namáhání cívek toroidálního pole. Další argument pro souhlas vzešel z rodiště tokamaku. L. Arcimovič a V. Šafranov v Moskvě spočítali, že elektrický proud v plazmatu má lepší podmínky k životu, pokud teče blízko vnitřní stěny vaukové komory, tedy blíže k centrálnímu solenoidu. V průběhu zkoušek již postaveného tokamaku JET se ukázalo, že odvážnému štěstí přeje. Jak jinak nazvat objev režimu vysokého udržení, zvaného H-mód (H jako high = vysoký), kterému se dařilo v tokamacích s divertorem.
Divertor vymyslel v padesátých letech profesor astrofyziky Lyman Spitzer na universitě v Princetonu. Jeho fúzní zařízení stelarátor sice nefunovalo, ale divertor se později náramně hodil tokamakům, které fungovaly. Dokázal nejen řídit výkon plazmatu, ale plazma čistit od atomů ze stěn vakuové komory, které plazma ochlazovaly.
Členové skupiny GSG 9 byli v Německu přivítáni jako hrdinové. Druhý den na plánované schůzce kancléř Helmut Schmidt řekl svému protějšku premiérovi Jamesei Callaghanovi: „Děkuji za všechno, co jste udělali…nyní a v přátelské atmosféře našeho setkání rád zapomenu na rozpory včetně otázky umístění tokmaku JET.“ A bylo rozhodnuto. Tokamak JET se postavil v Culhamu.
Rada tokamaku JET by po letech zkoušení tokamaku v duteriovém plazmatu ráda viděla výsledky se směsí obohacenou o tritium. Napouštíte-li samotné deuterium, je aktivace stěn vakuové komory zanedbatelná a můžete opravovat unitř tokamaku bez obav z ozáření. Rada chtěla termojadernou fúzi. Její požadavek byl ovšem ve sporu s přáním Henri Rebuta instalovat divertor. Nakonec se obě strany dohodly na kompromisu. Než se vybaví tokamak divertorem, vystřelí se několikrát se směsí DT v poměru 90:10 %. Termojaderná fúze by měla být zapálena, ovšem aktivace stěn vakuové komory neutrony z reakce nebude tak silná, aby nedovolila vstup techniků při pozdější montáži divertoru do spodní části vakuové komory.
A výsledek z 9. listopadu 1991? 1,7 Megawat fúzního výkonu a ziskový faktor Q = 0,15!
V řijnu byl napaden Izrael Egyptem a Syrií. Válku známou jako Yom Kippur War Izrael vyhrál za pomoci USA a za „odměnu“ OPEC zastavila západním trhům dodávky nafty. Naftová krize zvýšila dotace na vývoj alternativních zdrojů energie, včetně termojaderné fúze. Zatímco v roce 1973 musila fúze vystačit se 40 milióny amerických dolarů, v roce 1977 měl Hirsch k dispozici 350 milionů. Hirschovi narostla křídla a také z politických důvodů vyhlásil nový program. Vynechat etapu sci feasibilty – vyrovnání – a stavět hned demonstrační reaktor. Stavbu zahájit v roce 1976 a dokončit v roce 1979. Nová cesta vyžadovala přinejmenším zdvojnásobení fondů oproti původnímu plánu.
Po prosincovém setkání vedoucích amerických laboratoří v roce 1972 zůstali na 100 milionovou dotaci nakonec dva kandidáti: Oak Ridge a Princeton. Dostali šest měsíců, aby předložili detailní návrhy svých představ. Šéf Princetonu Harold Furth překvapil kuriozním návrhem, který nazval „zapalovač mokrého dřeva“ (wet wood burner). Do tritiového plazmatu relativně nízké teploty chtěl vstřiknout svazek atomů deuteria o vysokém výkonu.
A znovu tu je rozhodování mezi konzervativním a riskantním přístupem. Mezi Oak Ridge a Princetonem. Na rozdíl od Evropy, volil Hirsch jistější cestu a téměř 228 miliónů na Tokamak Fusion Test Reactor putovalo do Princeton Plasma Physics Laboratory.
Mezitím se podařilo úspěšně uvést do provozu PLT s dvoumegawatovým NBI (Ormak použil NBI s cca 80 kilowatty). V roce 1975 oficiálně ohlásil Princeton úžasných 60 miliónu stupňů, neoficiálně přes 80 miliónů stupňů! Vrásky na čele dělaly ohřevem vybuzené nestability snižující dobu udržení energie. Nicméně se rozsvítila zelená – stavba TFTR mohla začít. V roce 1977 byl položen základní kámen.
Řešení našel svérázný experimentátor Jim Strachanan. Pokryl stěny vakuové komory uhlíkem. Uhlík neochlazuje plazma tolik jako například nerezová ocel. Pečlivě komoru odplynil několika výstřely do helia a při horkém a řídkém plazmatu se mu podařily výstřely, pro které se vžil název supershots – supervýstřely – s mimořádně dlouhou dobou udržení energie (až čtyři sekundy). Supervýstřely zapálily fúzi v TFTR. Byly naměřeny neuvěřitelné teploty – 400 miliónů stupňů! Připravoval se DEN DT!
Při přípravných výstřelech pozorovali diváci na monitoru/scintilátoru několik skvrnek. Pak se napustilo tritium v poměru 50:50 k deuteriovému základu. Scintilátor se rozzářil jak nebe letní oblohy a ohromující řev rozvibroval okenní skla ovládací místnosti. Po druhé na světě a poprvé na území Spojených států byla zapálena řízená termojaderná fúze!
Čtyřicet let po Lymanu Spitzerovi, který v laboratořích Princetonu o řízené fúzi snil v padesátých letech, tu bylo 4,3 megavattů uvolněných při fúzní reakci deuteria s tritiem.
To, že v roce 1984 dosáhl TFTR 10,7 MW, JET v roce 1997 dokonce rekordních 16,5 MW, TFTR ohřál plazma na teplotu 510 miliónů stupňů při hustotě plazmatu 6 atmosfér, bylo jistě fantastické, ale vzrušení prvních výstřelů po napuštění tritia, to nepřekonalo. Lidstvo nastoupilo cestu, jejíž důsledky si těžko dokážeme představit i dnes.
Princeton tehdy oprášil menší Tokamak Physics Experiment a dokonce jeho projekt pomohl Jižní Koreji při stavbě celosupravodivého tokamaku Korea Supraconducting Advanced Tokamak – KSTAR. Hlavním projektem je nyní ve Spojených státech mezinárodní tokamak ITER. Nicméně ani ten nemá ve Spojených státech na růžích ustláno.
P. S.: Tokamak JET stále funguje, nyní zcela ve službách mezinárodního tokamaku ITER.
O tématu Třípól kromě jiného napsal:
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/508-smlouva-o-pratelstvi-a-vzajemne-vyhodne-spolupraci-vesmirneho-a-tokamakoveho-plazmatu
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/560-inercialni-elektrostaticke-udrzeni
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/571-50-let-tokamaku
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/od-ctenaru/1603-projekt-vasimr
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/624-misto-kde-se-rodi-budoucnost
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/470-cinsky-cesnek-nechci
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/489-hleda-se-demo
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/498-umele-slunce-ziskava-svou-tvar
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/506-jak-udrzet-slunce-v-hrsti
http://www.www.www.3pol.cz/cz/rubriky/recenze/418-rizena-termojaderna-fuze-pro-kazdeho
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/552-iter-jako-zivy
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/467-zkusebni-konvoj-pro-iter
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/464-termoska-pro-tokamak
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/463-280-000-silnejsi-nez-magneticke-pole-zeme
http://www.www.www.3pol.cz/cz/rubriky/studenti/1426-fuzor
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/527-termojaderna-fuze-jako-podnikatelsky-zamer
http://www.3pol.cz/cz/rubriky/jaderna-energetika/455-fuzni-pribeh-zvany-zeta
Když běžní spotřebitelé nakupují potraviny, nemusejí vždy odhalit podvod, i když si budou pečlivě číst etikety. Podvod s potravinami lze definovat jako jakékoli úmyslné jednání s cílem ...
V rámci iniciativy Horizon Europe vznikl výzkumný a vývojový projekt Shift2DC, který bude zkoumat výhody stejnosměrného napájení. Tento ambiciózní program EU je aktuálně v 10.
Srdce naší planety se posledních 14 let otáčí nezvykle pomalu, potvrzuje nový výzkum. A pokud bude tento záhadný trend pokračovat, mohlo by to potenciálně prodloužit pozemské ...
O osudu Golfského proudu rozhodne "přetahovaná" mezi dvěma typy tání grónského ledového příkrovu, naznačuje nová studie. Odtok z grónského ledového příkrovu by ...
Nově nalezená antičástice, zvaná antihyperhydrogen-4, by mohla být potenciálně v nerovnováze se svým částicovým protějškem, což by mohlo poodhalit tajemství původu našeho ...