Jaderná fyzika a energetika

Při uvolňování energie jadernou fúzí je důležitým parametrem pro zachování ustáleného stavu, aby bylo termojaderné plazma izolováno od stěn nádoby pomocí magnetického pole supravodivých cívek. Supravodivé magnetické cívky mají mnohem menší příkon, než jaký by při stejném magnetickém poli vyžadovaly cívky měděné. Díky supravodičům může sice fúzní reaktor pracovat „neomezeně dlouhou dobu“, ale na druhé straně vzniká jiný problém - pomalejší odezva supravodivých cívek ve srovnání s měděnými cívkami, které taková omezení nemají. Při snížené rychlosti odezvy je obtížné udržet stabilní výboj ve velkém objemu plazmatu nebo s protaženým svislým rozměrem - výškou. Studium tohoto problému v současném supravodivém zařízení je zvláště užitečné pro ITER, mezinárodní fúzní experiment ve výstavbě, který by měl ověřit realizovatelnost jaderné fúze pro energetické účely.

Právě teď probíhá v Temelíně důležitá odstávka jaderného reaktoru, během níž se nejen vyměňuje použité palivo za čerstvé, ale probíhají i nejrůznější kontroly, zkoušky a revize. Z reaktoru prvního bloku se vyvezlo během čtyř dní všech 163 palivových souborů. Nyní bude každý soubor pečlivě zkontrolován. Odstávka začala 7. prosince a bude trvat téměř tři měsíce. Pravidelná odstávka druhého bloku začne 30. června a plánuje se na dva měsíce.

Komplex tzv. Trojbudoví na staveništi ITERu má v nejvyšším bodě 60 metrů. 360 000 tun betonu, oceli, střešní konstrukce a veškeré výbavy a bude se opírat o výztužnou konstrukci seismologické jámy. Ta, tvořená železobetonovým základem a stěnami, představuje dalších 80 000 tun. Na obrázku vidíte průřez Komplexem tokamaku s Budovou diagnostiky na pravé straně a Budovou tritiového hospodářství na levé straně. Uprostřed leží betonové biologické stínění tvořící kruhovou jímku, ve které bude zdola nahoru montován vlastní tokamak ITER. Porovnejte čísla na výkresu s níže uvedenými informacemi.

Lithium se v poslední době skloňuje ve všech pádech v souvislosti s nalezením jeho zásob v kopcích kolem krušnohorského Cínovce. Je nejen důležitou surovinou pro Li-Ion baterie, ale je také skutečně všestranným způsobem použitelné v zařízeních pro jadernou fúzi. Od počátku tohoto desetiletí se snaží výzkumníci na tokamaku NSTX v Princeton Plasma Physic Laboratory (dotovaném Ministerstvem pro energii USA) zjistit, zda by šlo některé parametry tokamakového plazmatu vylepšit dodáním lithia do vakuové komory, zejména do nesmírně namáhaného divertoru (místa, odkud se odvádějí zplodiny fúzní reakce). Na podobných otázkách se pracuje také na tokamaku LTX ve stejné laboratoři, na DIII-D v General Atomic a na EAST v čínském Hefai.

V září jsme vzpomněli 60 let od spuštění prvního štěpného reaktoru v Československu. Ale bylo ještě další výročí: 40 let od uvedení do provozu prvního tokamaku v Československu. Kořeny této výjimečné události sahají do doby krátce po založení Ústavu fyziky plazmatu v roce 1959. Tehdy se rozhodovalo o náplni jeho práce a Dr. Miloš Seidl navrhl kromě jiného zkoumat vzájemné působení vysokofrekvenčního (vf) elektromagnetického pole a plazmatu. Začala se tím zabývat dvě oddělení, která sice měnila názvy, ale naštěstí ne tématiku. Zatímco v jednom oddělení se studovala vf pole nestabilit samotného plazmatu, druhé se soustředilo na vzájemné působení vf polí buzených vně plazmatu. Jak experimentální tak teoretické práce byly na velmi dobré úrovni. Zejména studium generace proudu vysokofrekvenčními vlnami vzbudila pozornost sovětských vědců, neboť se nabízel způsob, jak vybudit elektrický proud v plazmatu tokamaku jiným způsobem než původní elektromagnetickou indukcí. Ta totiž činila z tokamaku pulzní zařízení, což v perspektivě termojaderného reaktoru na principu tokamaku nebylo příliš lákavé.

Jak dochází ke snižování životnosti konstrukčních materiálů používaných v jaderných reaktorech, a jak zajistit jejich bezpečnou práci v extrémních podmínkách, tj. radiačním a korozním prostředí za vysokých teplot? Odborné pracoviště zaměřené právě tuto problematiku je Centrum výzkumu Řež (CVŘ) v Řeži u Prahy, zejména jeho projekt SUSEN (Sustainable energy, Udržitelná energetika), který řeší nejen otázky současných generací jaderných reaktorů, ale zaměřuje se i na vývoj nových materiálů pro vyšší generace jaderných reaktorů a reaktory fúzní pracující v extrémních podmínkách. Odborníci z Centra výzkumu pro vysoce citlivé analytické přístroje (CVCAP) zkoumají v rámci tohoto projektu otázku, jak zlepšit vlastnosti materiálu jaderných reaktorů na základě informací získaných z mikrostrukturních a chemických změn radiačně, tepelně i chemicky exponovaných materiálů. Již druhým rokem jim v tom pomáhá i elektronový mikroskop českého výrobce TESCAN.