Jaderná fyzika a energetika

Při stavbě zařízení tak velkého a tak složitého, jako je ITER, nejsou potíže a překážky překvapením – naopak jsou nedílnou součástí výroby, montáže a instalace. Uvažme, že jde o první komponenty svého druhu na světě (přinejmenším co do velikosti). Od prvních fází výroby až po konečné vložení do jámy tokamaku jsou problémy se součástmi stálým a důvěrně známým společníkem. Někdy však uprostřed běžných, téměř každodenních problémů vyvstane problém většího rozměru, takový, který vyžaduje hlubší prozkoumání, kreativitu při navrhování nápravných opatření a co je důležité – čas a rozpočet na opravu. Již dva a půl roku montáže zařízení čelí ITER obavám tohoto druhu, někdy větších, jindy menších. A nyní byly identifikovány závady ve dvou klíčových komponentách tokamaku: tepelných štítech a sektoru vakuové nádoby.

20. října 2022 oznámila společnost General Atomics (GA) se sídlem v San Diegu v Kalifornii nový koncept fúzního pilotního závodu (FPP, Fusion Pilot Plant), který má poskytovat čistou, bezpečnou a ekonomicky životaschopnou fúzní energii. Koncept FPP společnosti GA využívá ustálený, kompaktní pokročilý návrh tokamaku, kde je fúzní plazma udržováno po dlouhou dobu, aby se maximalizovala účinnost, snížily se náklady na údržbu a prodloužila se životnost zařízení. „Nadšení pro energii z jaderné syntézy je na historickém maximu jak v soukromém průmyslu, tak ve vládě,“ řekla Dr. Anantha Krishnan, senior viceprezidentka General Atomics Energy Group. „Těšíme se na spolupráci s našimi partnery, aby se naše vize pro ekonomickou energii z jaderné syntézy stala realitou. Nyní je čas na fúzi a General Atomics plánuje jít v čele."

V roce 1912 objevil rakouský fyzik Victor Franz Hess (1883-1964) kosmické záření, když analyzoval výsledky měření z pilotovaných horkovzdušných balónů, z nichž jeden vyletěl až do výšky 5,3 km. Jeho objev mu v roce 1936 vynesl Nobelovu cenu. Objev navázal na výzkum atmosférické elektřiny a nově objevené radioaktivity, zejména gama záření. Balóny vynesly jednoduché elektrometry a ionizační komory, na tehdejší dobu unikátní přístroje vyvinuté dostupnými výrobními technologiemi v souhře s tehdejším vědeckým pokrokem.

Když jsem poprvé viděl, co se skrývá v „kryolajně“ (Cryoline), měl jsem za to, že na staveništi ITER se připravuje ke startu další raketa na Měsíc. Pak se ukázalo, že z trubek, které jsem pokládal za trysky rakety, nebudou šlehat plameny, ale poteče skrze ně tekuté helium! Místo tisíců stupňů plus téměř tři stovky mínus. Cryoline bude rozvádět „mráz“ vyrobený největším kryohospodářstvím na světě, a ten poteče tam, kde ho tokamak ITER bude potřebovat.

Po světě se potuluje kolem stovky tokamaků – experimentálních zařízení pro studium řízené termojaderné fúze. A že umějí všelijaké věci: Kazachstan Tokamak Material, KTM, dokáže v Astaně vyměnit vzorek materiálu, aniž napustí vakuovou komoru atmosférickým tlakem. Variabilním magnetickým polem se pyšní TVC, Tokamak à Configuration Variable v Lausanne. Největší tokamak na světě Joint European Torus, JET, v Culhamu má ITER-like stěnu, neboli vnitřní stěna vakuové komory včetně divertoru je pokryta stejným materiálem, jako bude mít tokamak ITER. Nejstarší fungující tokamak na světě GOLEM v Praze můžete ovládat z kteréhokoli místa na zeměkouli. Divertor Tokamak Test, DTT, v italském Frascati bude moci díky nejflexibilnějšímu magnetickému poli v okolí divertoru na světě a nastavovatelnému divertoru hledat takovou konfiguraci, která dokáže umravnit energii více než 10 MW/m² očekávanou na divertoru v kterékoli variantě DEMO – v posledním předstupni fúzní elektrárny. Zařízení Divertor Tokamak Test (DTT) je menší než ITER a má jiný cíl, ale při osobních setkáních u něj se vědci mnoho naučí.

Na staveništi ITER, největšího tokamaku na světě, honosně zvaného „Slunce na Zemi“, se pořád něco děje. Aby ne - podle plánů by už za dva roky měl zahřát své první plazma na cestě za fúzní energií. Nyní právě jde o cívky. Hned za cívkou centrálního solenoidu (primárního vinutí „transformátoru“ (k němuž lze v principu tokamak přirovnat), za gigantickými cívkami toroidáního pole (18 kusů) je právě nyní v centru pozornosti šest cívek pole poloidálního, které budou online hlídat polohu budoucího plazmového provazce, aby se nedotkl stěn vakuové komory. Tyto cívky,  jako obruče obepínající sud, obepínají „tělo“ tokamakového reaktoru.  Některé cívky jsou malé -  PF1 a PF6, některé větší - PF2 a PF5, a největší jsou 24 metroví obři PF3 a PF4. Jejich vinutí se musí navíjet na staveništi, neboť jsou tak velké, že by byly nepřepravitelné. Cívky PF2 a PF5 jsou již navinuty a zkompletovány, a cívky PF3 a PF4 se dokončí v nejbližších letech. Navíjecí zařízení již není třeba a uvolnilo místo v hale pro další úkoly.