Magnetické pole silnější 100 000 krát, než je to zemské. 150 000 000 ⁰C - doslova Slunce v rouře. Na Mars za 30 dní. Palivo navždy. To jsou jen některé parametry, které charakterizují jadernou fúzi a zejména pak projekt ITER.
Člověk - produkt termojaderné fúze?
Na začátku letošního roku se podařil českým vědcům velký úspěch, když dokázali ono čtvrté skupenství hmoty „dostat“ do tzv. H-modu. Toto čtvrté skupenství hmoty mimo jiné tvoří 99% veškeré hmoty ve vesmíru. Díky jaderné fúzi září hvězdy. K tomu, aby došlo k zažehnutí jaderné fúze, je však třeba především pořádné horko a také tlak. Jsou hvězdy, které tyto podmínky nesplnily, jaderná fúze se nezažehla a skončily jako tzv. hnědí trpaslíci. Není však pravda, že by v nich termonukleární reakce neprobíhaly vůbec, ale tlak a teplota nestačí k tomu, aby došlo k přeměně vodíku v helium. Hnědý trpaslík je těleso, které se ocitlo na rozhraní mezi hvězdou a planetou. Termonukleární reakce, jež probíhají ve hvězdách, vedou k vytváření těžších prvků. A to do té doby, dokud je hvězda schopna vyvinout dostatečný tlak a teplotu k dalšímu spalování. Pokud hvězda vyčerpá palivo, může vybuchnout jako supernova a veškerý materiál rozmetá do vesmíru. Hmota, z které jsme složeni, pochází z hvězd - každý atom v našem těle. Například všechen vápník v našich kostech a všechno železo v hemoglobinu byly syntetizovány při explozi supernov před miliardami let.
Češi opět u toho
Termojaderná fúze tak stojí na principu slučovaní lehčích prvků v těžší, v případě současných jaderných reaktorů se děje naopak. Jako palivo se používá deuterium, které je možné získat z vody, a tritium, které se získává z lithia. To činí termojadernou fúzi jako prakticky nevyčerpatelný zdroj energie. Vědci z pražského experimentálního zařízení na výzkum plazmatu, tokamaku COMPASS, vedeni doktorem Radomírem Pánkem, se teď tomuto vysněnému cíli přiblížili. Jak již bylo zmíněno na začátku, plazma dosáhlo H-modu, což znamená vysoký stav udržení plazmatu, který je potřebný k tomu, aby mohla být produkována energie. Tokamak ITER stavěný na jihu Francie by měl v tomto módu pracovat standardně. Tohoto udržení plazmatu se vědci snaží dosáhnout pomocí magnetického pole, existují i zařízení, kterávšak pracují s lasery. Nabité částice mají totiž sklon kroužit kolem magnetických siločar ve spirálách. Hlavním cílem je pak udržet horké plazma v magnetickém poli dostatečně dlouho na to, aby proběhla syntéza jader vodíku na helium.
„Cílem je co nejlépe izolovat plazma pohromadě, aby se nedotýkalo stěn reaktoru. Uvnitř plazmatu je třeba dosáhnout teploty 150 mil. stupňů Celsia a na okraji plazmatu pak musí být teplota v řádech stovek stupňů Kelvina, aby přežily materiály, z kterých je tvořena první stěna reaktoru. Plazma se tak udržuje pomocí silného magnetického pole. Pokud dojde k doteku, žádné nebezpečí nehrozí, ale vlivem této interakce plazmatu se stěnami dojde k jeho ochlazení a dosahujeme pak výrazně horších parametrů uprostřed sloupce plazmatu. Základním problémem je nestabilita plazmatu v H-modu. Naším cílem je tuto nestabilitu eliminovat. Tím, že jsme plazma dostali do H-modu, jsme se zařadili po bok několika málo tokamaků na světě,“ komentuje problematiku doktor Radomír Pánek.
Projekt ITER
ITER je zkratka slov International Thermonuclear Experiment Reactor, ale také latinsky znamená „cestu“. Projekt ITER je skutečně cestou mezi malými tokamaky, jakým je například český tokamak Compass, a stavbou skutečných elektráren, které budou spalovat vodík. Na projektu ITER se podílí země z celého světa. Indie, Japonsko, Čína, Rusko, Jižní Korea, USA a samozřejmě také EU, která nese 45% veškerých nákladů na jeho výstavbu. Na stavbě ITERu se podílejí i desítky českých společností. ITER bude schopen vyrobit více elektřiny, než je potřeba k zažehnutí termojaderné fúze. Bude tak následovat projekt NIF, kterému se toto již povedlo. Projekt NIF však nevyužívá k udržení plazmatu silné magnetické pole, nýbrž lasery. Účinnost tokamaků se pak vyjadřuje poměrem energie vložené do reakce na zahřátí a udržení plazmatu a energie, kterou reakce generuje. Označuje se písmenem Q. Budoucí tokamak ITER bude mít Q = 10. Pokud projekt ITER uspěje, začne se s výstavbou první elektrárny označené DEMO, která bude schopna vyrábět elektřinu. Její výkon se pak již směle vyrovná i Temelínu. V případě ITERU se tak dít nebude, neboť postrádá elektrický generátor. První plazma se zažehne pravděpodobně v roce 2020.