Čeští vědci vytvářejí „čistější“ energii: Pracují na elektrárně budoucnosti

Největší vědecký projekt světa pomalu, ale jistě roste ve Francii. Jmenuje se ITER a účastní se ho i čeští vědci. Ty vede Radomír Pánek z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR a účastní se ho v rámci evropského konzorcia EUROfusion. 

Výzkum začal v utajení

„Výzkum termonukleární fúze jako zdroje energie probíhá od padesátých let minulého století –  z počátku v utajeném režimu, nicméně když se ukázala složitost problému, došlo k jeho odtajnění a započala široká mezinárodní spolupráce. Nejpokročilejší ze studovaných konceptů je tzv. tokamak využívající silné magnetické pole pro udržení plazmatu, v kterém probíhá termonukleární reakce. Plazma je skupenství hmoty, z kterého se skládají hvězdy ve vesmíru. Ty získávají svou energii právě ze stejné reakce,“ vysvětli Pánek. Aby mohla být reakce v plazmatu zapálena, musí dojít k jeho zahřátí na extrémní teplotu (až stovky milionů stupňů). Takhle horké plazma je nutné dobře izolovat uvnitř vakuové nádoby, k čemuž se právě využívá silných magnetických polí. Pak lze dosáhnout podmínek, při nichž dosahujeme ve středu plazmatu požadovanou extrémní teplotu, zatímco na jeho okraji je taková teplota, aby okolní materiál nebyl roztaven. 

Physicists discover that lithium oxide on tokamak walls can improve plasma performancehttps://t.co/P2FCf6Ohkl#science pic.twitter.com/C3lbUVFN3v

— Justin Taylor (@ProductJT) June 13, 2017

Proces se nazývá fúze, to znamená, že místo dnes běžného štěpení nastane slučování za vysoké rychlosti i teploty. Na vstupu bude stát deuterium a lithium. Tyto dva prvky mají výhodu i v tom, že jsou běžné a lehce dosažitelné. Deuterium je z vody, lithium se běžně používá třeba při výrobě baterií. „Reakce je podobná hoření, jakmile se něco stane, přestane se přidávat palivo a reakce skončí,“ uvedl Pánek s tím, že se jedná o obrácený postup, než v případě jaderných reakcí, u těch se nejprve vloží hodně paliva a začne štěpný proces.  

Walk-in model of the KTM-#Kazakhstan #Tokamak for Material testing presented @EXPO2017Astana #nuclearfusion #fusionenergy #ITER isALSOthere! pic.twitter.com/IkMIxfIpKJ

— KPK Euratom-IFPiLM (@KpkIfpilm) June 13, 2017

Spolupracuje celý svět

Proces, který bude probíhat v termonukleárním reaktoru, se nazývá jaderná fúze. To znamená, že místo dnes běžně využívaného štěpení těžkých jader uranu v něm bude docházet ke slučování lehkých jader izotopu vodíku – deuteria a tritia. Tato reakce je energeticky výrazně výhodnější, nicméně je k ní nutné dosáhnout extrémních podmínek.

Úkol na milion let. Němci hledají místo, kam s jaderným odpadem

Palivem bude deuterium a lithium. Tyto dva prvky mají zásadní výhodu i v tom, že jsou běžné, lehce dosažitelné a jejich zásoby máme na tisíce let. Deuterium se vyskytuje v malém množství ve vodě, lithium se již nyní hojně využívá například v bateriích. „Tritium bude vyráběno v reaktoru samotném rozkladem lithia pomocí neutronů. Produktem fúzní reakce bude především helium, což znamená, že tento typ reakce neprodukuje žádný radioaktivní odpad. Navíc je tato reakce zcela bezpečná, takže jakmile by se dělo cokoliv nestandardního, přestane se dodávat palivo a reakce ihned skončí,“ uvedl Pánek s tím, že tedy nemůže v tomto případě dojít z principu k řetězové reakci na rozdíl od dnešních štěpných reaktorů.  

Tokamak Asdex Upgrade Interior 2 Max Plack IPP, Garching, 2009 pic.twitter.com/XYpllfADsw

— archistar (@archistar1) May 27, 2017

Termonukleární reaktor ve Francii vyjde na přibližně 15 miliard euro. Jedná se o největší vědecký projekt na světě a účastní se ho Evropská unie, Rusko, Čína, Indie, Korea, Japonsko a USA. Každý partner hradí část nákladů, cílem je postavit zařízení typu tokamak, které dokáže vyrobit výrazně více energie, než kolik jí spotřebuje.

Like the sound of these small-scale nuclear reactors. We need to get building them. It mentions Tokamak Energy's... https://t.co/tUs2HQ08m4

— Mark Quinn (@markquinn_uk) May 25, 2017

Tento vědecký projekt je ve výstavbě od roku 2006 a první experiment je plánován na rok 2025. Podle Pánka bude na cestě ke komerčnímu využití termonukleární fúze realizován ještě jeden reaktor, který by měl být spuštěn kolem roku 2045 a kterému se pracovně říká DEMO. Zatímco ITER je pořád fyzikální experiment, DEMO již bude prototypem komerčního reaktoru.

Jaderný odpad uložme u elektráren, navrhuje Drábová. Co na to obce u Dukovan?

„V tuto chvíli nevíme o principiálním problému, který by bránil konstrukci takového reaktoru. Nicméně se jedná se o extrémně komplexní výzkum, v jehož rámci musíme řešit mnoho dílčích problémů. Je třeba si uvědomit, že tento výzkum na hranici lidského poznání také podněcuje pokrok v mnoha dalších oblastech podobně jako kosmický výzkum. Jedná se například o vývoj nových materiálů pro extrémní prostředí, nových typů supravodičů atd.,“ dodal Pánek.

Je i v Česku!

K řešení klíčových problému na cestě k novému zdroji energie připívají čeští vědci také výzkumem na novém tokamaku COMPASS v Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR, který je přesně desetkrát menší než tokamak ITER.

ST40: Electrical #Engineer Ronald Newell describes his work on the ST40 #tokamak #fasterfusion FULL VIDEO https://t.co/7KEIf4ntUt 👨‍🔬👨‍💻 pic.twitter.com/PFr8rJjdrf

— Tokamak Energy (@TokamakEnergy) May 16, 2017

A tak se do budoucna můžeme těšit na reaktory, které budou šetrné k životnímu prostředí a navíc budou bezpečné.

Co by se dělo v případě katastrofy? Takhle se na ní připravují hasiči: