Rubriky

Fúzí při magnetickém udržení (tokamaky a stelarátory) jsme se zabývali podrobně již mnohokrát. Všimněme si udržení inerciálního, které s nepatrnou nepřesností můžeme zaměnit za laserovou fúzi. V roce 1963 sovětští vědci N. G. Basov a O. N. Krochin navrhli použití laseru k zapálení řízené termonukleární reakce. Šedesátá a zejména sedmdesátá léta se nesla ve znamení zkoušek ozařování terčíku termojaderného paliva většími a většími výkony laserů se stále sofistikovanějšími tvary ozařovacích pulzů především v Sovětském svazu a ve Spojených státech. V současné době, je nejvýkonnějším laserovým systémem na světě Národní zapalovací zařízení (NIF, National Ignition Facility) v Livermore Lawrence National Laboratory (LLNL). NIF disponuje 192 paprsky, které v jednom okamžiku ozáří terčík fúzního paliva, stlačí (dojde k implozi) a ohřejí ho energií 2 MJ.

Co může být na lešení zajímavého? Všimnete si ho, že vám překáží, když procházíte ulicí. Lešení, o kterém chci vyprávět, si určitě nevšimnete, je skryto uvnitř … uvnitř vakuové nádoby termojaderného reaktoru ITER. Uvnitř nádoby, kde se bude odehrávat termojaderná fúze, nebude jen plazma, ale na vnitřních stěnách i celá řada zařízení (např. vnitřní magnetické cívky, chladicí potrubí a další). Ta se musejí připevnit ještě před uzavřením komory. A k tomu budou dělníci a technici potřebovat lešení. Po svaření posledních segmentů nádoby – prvního s devátým, když vnitřek komory budou s okolím spojovat pouze okna, se budou muset namontovaná zařízení propojit do provozuschopného stavu. Je možná humorné, když ve vyprávění o nejsložitějším vědecko-technologickém zařízení, co historie lidské společnosti spatřila, se budeme bavit o něčem tak primitivním, jako je lešení, ale věřte, že vymyslet a použít lešení uvnitř obří pneumatiky s ocelovými stěnami není vůbec jednoduché.

Určitě jste někdy zkoušeli přiblížit magnety stejným pólem k sobě. Nešlo to a nešlo. Takový nástěnkový magnet má pár gramů. A odpudivá síla je překvapivě velká. Nyní si představte magnet se supravodivým vinutím o hmotnosti 360 tun, kterým se prohánějí desítky kiloampérů elektrického proudu. Elektromagnety cívek toroidálního pole (TFCs) tokamaku ITER na sebe působí silou tisíce tun (fyzikové mi snad odpustí nekorektní, avšak názornou jednotku). Úkolem je upevnit 18 cívek toroidálního pole tokamaku ITER tak, aby se pod touto zátěží nepohnuly, ani v průběhu očekávaných 30 000 plazmatických pulzů, čili během celé jejich předpokládané dvacetileté životnosti. Každý vynucený pohyb může cívky poškodit.

Internetovým světem se toulá velké množství videí o termojaderné fúzi natočených z nejrůznějších úhlů. Jejich délka nepřesahuje pět minut. Z tohoto pohledu osmdesátiminutový Let there be light (LTBL) kanadského dokumentaristy Mila Aung-Thwina je skutečné unikum. Když se dozvíte, že Mila před natáčením o existenci fúze sice věděl, ale o nějakém tokamaku ITER neměl tušení, pak vám nezbude než smeknout. Pochopitelně se v takovém dokumentu musí vyskytnout nepřesnosti, ale zde na celkové vyznění nemají zásadní vliv. Mila si z celé plejády fúzních pokusných zařízení vybral čtyři: tokamak ITER, stelarátor Wendelstein 7-X, zařízení T4 společnosti General Fusion a zařízení Fusion Focus společnosti LPPF. Zatímco jsou první dvě zařízení financovaná vládami (ITER dokonce sedmi), další dvě společnosti hledají investory doslova kde se dá. Kanadskou General Fusion zachránila dokonce Malajsie. Mila tak v jednom dokumentu předložil divákům dva diametrálně různé způsoby financování výzkumu řízené termojaderné fúze. Všimněte si prosím, že Mila nevěnoval ani bajt inerciální fúzi.

Tokamak (původem ruský) je v současnosti jediným pokusným zařízením schopným vyvolat termojadernou reakci na Zemi. Jediný tokamak schopný termojadernou reakcí uvolnit významné množství fúzního výkonu (a největší současný tokamak v provozu) je evropský tokamak JET v anglickém Culhamu. Podařilo se mu to v tzv. DT (deuteriové-tritiové) kampani v letech 1991 až 1997. Jednalo se o dvě důležité věci: o principiální důkaz uskutečnitelnosti DT reakce na Zemi a o světovou prioritu, kdy soupeřila Evropa se Spojenými státy. JET opravdu protrhl fúzní pásku jako první (použil 90 % deuteria : 10 % tritia). V roce 1993 následoval americký tokamak TFTR s poměrem DT 50:50 a jeho výkon 10 MW překonal v roce 1997 tokamak JET dodnes trvajícím rekordním výkonem 16,5 MW. Nicméně poměr uvolněného fúzního výkonu a ohřevového příkonu byl menší než jedna: Q = 0,65, takže se fúzní reakcí získaly ani ne dvě třetiny energie, kterou bylo potřeba do uskutečnění reakce vložit. Tokamak TFTR Američané v roce 1996 rozmontovali. Zdolat fúzní Mont Everest znamená překonat hranici Q = 1!

Tokamak je skvělým představitelem úspěšného výzkumu principu řízené termojaderné fúze pomocí magnetického pole. Magnetické pole slouží jednak k izolaci termojaderného média – horkého plazmatu – a tím i vůbec jeho udržení po delší dobu, jednak k měření nejrůznějších parametrů plazmatu. Zatímco k izolaci slouží mnohatunové kolosy, k měření stačí „cívečky“ o hmotnosti několika gramů, často mající jediný závit. V tom případě mluvíme o smyčkách. Diagnostika magnetickou smyčkou (flux loop) nacházející se uvnitř zařízení může poskytnout obsluze informace o tvaru okraje, energii i stabilitě plazmatu.