Duben 2006

Vědci začali připravovat umělé Slunce

Josef Matyáš

Na jihu Francie poblíž města Cadarache vznikne první termojaderný reaktor na světě, který by měl po dobu několika minut uvolňovat řádově větší výkon, než jaký do něj vstupuje. Letos bude ustaveno mezinárodní konsorcium pro stavbu ITER (mezinárodní termonukleární experimentální reaktor).

První megawatty má pokusný reaktor dodat v roce 2015. Komerční elektrárna zahájí provoz okolo roku 2050. Právě včas. Zásoby ropy dojdou podle odhadu expertů přibližně za 40 let. Elektrický ráj by tedy poměrně plynule nahradil ztrátu jednoho zdroje energie.

Termojaderný reaktor dokáže vyrobit z obyčejné vody gigantické množství elektřiny. „Například obsah Máchova jezera by stačil k produkci elektrického proudu pro celou Českou republiku na dvě století,“ uvádí doktor František Žáček z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR. ITER je nejenom zkratka, ale v latině to slovo znamená cesta. Cílem projektu je ukázat, že elektrickou energii lze vyrábět pomocí řízené jaderné fúze. Jaderná fúze je reakce známá například ze Slunce nebo z vodíkové bomby. Při ní se spojují jádra atomů vodíku, vzniká hélium a uvolňuje se obrovské množství energie.

Existuje však zásadní rozdíl mezi řízenou termojadernou fúzí v elektrárnách a termojadernou explozí vodíkové bomby. I když v obou případech jde o stejné jaderné reakce, je to asi takový rozdíl jako mezi pravidelným chodem benzinového motoru v autě a explozí benzinové pumpy v akčním filmu.

V termojaderném reaktoru je vždy jen nepatrné množství paliva ve stavu plazmatu o vysoké teplotě nad 100 milionů stupňů (plazma je směs oddělených jader a elektronů, obojí je elektricky nabito). Plazma připomíná ohnivého hada. Svíjí se a vypadá docela nebezpečně, ale ve skutečnosti je zcela neškodné. „Při sebemenším narušení podmínek probíhajícího procesu se plazma ochladí nebo jinak znehodnotí a reakce se v zlomku sekundy zcela zastaví. Není tedy možné, aby termojaderná elektrárna explodovala,“ zdůrazňuje doktor Žáček.

Naopak vodíková bomba vybuchuje zážehem velkého množství lithia a deuteria - izotopu vodíku. Dojde k tomu ve zlomku sekundy pomocí rozbušky, kterou je klasická štěpná jaderná bomba z uranu či plutonia. Vydává při své explozi vysokou teplotu a mohutný tok neutronů. Tím dochází i k výbuchu sekundární - termojaderné bomby.

V reaktoru na jihu Francie bude probíhat zcela jiná reakce než u jaderných elektráren. V těch se rozbíjejí jádra uranu nebo plutonia nárazem neutronu. V ITER se ale budou jádra atomů izotopů vodíku slučovat. Není tedy možné, aby reaktor zanechával radioaktivní odpad či produkoval chemické zplodiny jako tepelné elektrárny. Z těchto a dalších důvodů se termojaderná elektrárna blíží ideálu naprosto bezpečného a ekologicky čistého zdroje energie.

„Dovedu si představit, že až se podaří vyvinout menší typy termojaderných elektráren, začnou se stavět prakticky v každé městské čtvrti,“ říká doktor František Žáček.

Zkrotit jadernou fúzi zkoušeli vědci od poloviny padesátých let minulého století. Američané, Britové i odborníci v bývalém Sovětském svazu postupně zjistili, že pokud má být slučování jader efektivní a bezpečné, musí probíhat jinak, než jak se odehrává v nitru Slunce. Za technologicky nejschůdnější považují odborníci reakci, při níž se spojuje jádro deuteria s jádrem tritia. (Jde o těžké izotopy vodíku, tritium je nestabilní a v přírodě se téměř nevyskytuje). Vzniká jádro hélia a odlétá neutron, zároveň se vytváří tak velká energie, že 10 gramů deuteria a 15 gramů tritia vystačí na celoživotní energetickou spotřebu jednoho člověka v průmyslové zemi. Doktor Žáček uvádí i jiný příklad. Z deuteria, obsaženého v jednom litru obyčejné vody, lze pomocí termojaderné fúze získat tolik energie, jako spálením 300 litrů benzinu.

Kontrolovat a řídit slučování jader se daří už nyní například v USA nebo v Británii na zařízeních s názvem tokamak (mezinárodně uznaná ruská zkratka slov toroidální komora s magnetickou pastí). Jednu takovou aparaturu pod názvem Castor mají k dispozici také čeští vědci v Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR. Tokamak je vlastně obrovský transformátor se vzduchotěsným kruhovým tunelem. Elektrický proud prochází primárním obvodem transformátoru a indukuje elektromotorické napětí v sekundárním obvodu. V plynu složeném z deuteria a tritia vznikne výboj a plyn se ionizuje. Indukovaný proud jej zahřívá přibližně na 100 milionů stupňů Celsia. Magnetické pole udržuje plazma ve středu tunelu, takže se nedotýká stěny.

V dosavadních aparaturách se ovšem slučují jádra deuteria a tritia jenom na krátkou dobu a za spotřeby většího množství energie, než kolik se při fúzi vytvoří. Plazma se totiž při vysoké teplotě a tlaku neustále snaží v podobě turbulencí uniknout a ochladit se o stěnu reaktoru. „Je to podobné, jako když chcete udržet pohromadě pudink pomocí gumičky,“ prohlásil kdysi klasik termojaderných reakcí Edward Teller.

V pokusném reaktoru na jihu Francie proto budou vědci řešit tři hlavní problémy. Jak udržet plazma ve stavu o teplotě nad 100 milionů stupňů, pod velkým tlakem a po dostatečnou dobu, aby se reakce rozhořela a dala dostatečné množství energie. Prostřednictvím Evropské unie se na projektu podílejí také čeští vědci z Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR. Vyvíjejí speciální sondu, která bude měřit intenzitu magnetického pole v reaktoru. Dalším projektem českých vědců je vývoj povrchu pro vnitřní stěnu reaktoru. (Viz vedlejší text Češi míří do nitra hvězdy.)

(Lidové noviny, www.lidovky.cz)