Sciencemag.cz
Doporučujeme
Získávání energie pomocí termojaderné fúze je nesmírně lákavé a v posledních 10–15 letech přitahuje i soukromý kapitál. Tokamaky s obrovskými magnety jsou veliké a tím i drahé. Soukromníkův sen je malé, laciné zařízení, nejlépe umístěné na kuchyňském stole, v horším případě na nákladním autě. Tak za pět, nejpozději za deset let. Fantazie? Možná. Na druhé straně je třeba připomenout známé Einsteinovo: „Nevěděl, že to nejde, a tak to udělal!“
Privátní přístupy, o kterých dnes novináři rádi píší v touze po senzaci typu „tokamak ITER za miliardy je podvod,“ jsou často oprášená a různě pospojovaná opuštěná schémata minulosti. Pravdou ovšem je, že nové poznatky a nové technologie mohou opuštěným návrhům vdechnout nový život.
Popsané přístupy soukromých společností mají společný pulzní charakter – jsou na polovině cesty od inerciálního udržení k magnetickému a jako palivo preferují směs vodíku a boru.
Reakce p 11B:
1p + 11B → 3 4He + 8,7 MeV
je především bezneutronová, tj. na pravé straně rovnice se nevyskytují neutrony. Tedy žádná sekundární radioaktivita, žádná degradace konstrukčních materiálů, ovšem místo reakční teploty 15 keV směsi deuterium -tricium je třeba palivo ohřát na 300 keV.
Bor najdete v mořské vodě, bohatá ložiska jsou v Mohavské poušti v USA a dosud neodkrytých 75 % světových zásob má Turecko. À propos tritium v DT reakci pro mezinárodní tokamak ITER se na Zemi nevyskytuje prakticky vůbec a bude ho třeba vyrábět dosud neprověřenou technologií ve fúzním reaktoru. Na druhé straně jedna DT reakce poskytuje 17,8 MeV oproti 8,7 MeV reakce p 11B.
Ve většině popsaných metod se setkáte s různými formami plazmoidu – relativně stabilního kompaktního plazmového útvaru bez vnějšího magnetického pole někdy nazývaného plazmový oblak, zhustek, shluk, chomáč, klastr. Plazmoid může obsahovat „zamrzlé“ magnetické pole. Lehner u svého zařízení Focus Fusion-1 hovoří dokonce o efektivitě plazmoidu.
Posledním společným přáním je přímá přeměna fúzní energie na energii elektrickou. Vynecháním parního mezistupně by se měla výroba elektřiny podstatně zlevnit, neboť parogenerátor spotřebuje až 80 % nákladů na stavbu elektrárny.
Existuje nejméně osm významných společností financovaných soukromníky soutěžících v oblasti fúze (General Fusion, Tri Alpha Energy, Tokamak Energy, MIT, Lawrenceville Plasma Physics, EMC2, Skunk Works Lockheed Martin a Helion Energy).
…
Plasma Science and Fusion Center, Massachusetts Institute of Technology, MIT
Řízení: Dennis Whyte
Podpora: Ministerstvo energetiky a Národní nadace pro vědu (National Science Foundation)
Založeno: (1970) 2015; D. Whyte
Princip (Reakce DT)
Je známo, že ztráty energie plazmatu v tokamaku lze snížit buď zvětšováním objemu, kdy ztráty klesají s druhou mocninou lineárního rozměru, nebo použít silnější magnetické pole, kdy naopak výkon reaktoru roste se čtvrtou mocninou intenzity magnetického pole. Velké nové tokamaky generují magnetické pole výlučně supravodivými magnety.
MIT se opírá o razantní skok ve vývoji supravodičů, které chce využít v navrhovaném tokamaku. Výkon magnetů vychází z druhé generace supravodičů vyrobených ze vzácné zeminy z baryum -měděného oxidu. Nazývá se REBCO (Rare Earth Baryum Copper Oxide) a může fungovat při vyšších teplotách a intenzitách magnetického pole než většina běžných supravodičů. Ve srovnání s ITER projektovaný „cenově dostupný, robustní, kompaktní“ tokamak ARC (Affordable Robust Compact) téměř zdvojnásobuje intenzitu magnetického pole, od špičkové hodnoty ITER 13 T k magnetickému poli ARC 23 T (!).
Příběh
MIT měl k tokamakům s mimořádně silnými magnetickými poli blízko již v minulosti. Počátek můžeme hledat ve společnosti Inesco pánů R. Bussarda a B. Coppiho, kteří uvažovali o Riggatronu, jehož cívky by byly umístěny ve vakuové komoře.
Bruno Coppi po rozpadu Inesca získal profesuru v MIT a postavil řadu tokamaků Alcator, z nichž Alcator C -Mod měl nejsilnější tokamakové magnetické pole vůbec. Jednu chvíli Coppi koketoval s ruským Troitskem ohledně stavby svého snu – tokamaku Ignitor. Premiér Silvio Berlusconi tehdy dokonce podepsal dohodu s prezidentem Vladimirem Putinem. Není tedy divu, že se idea dalšího navýšení intenzity magnetického pole tokamaku objevila právě na půdě MIT.
„Existuje jistá setrvačnost ohledně magnetického přístupu k fúzním reaktorům a odpovídající technologii,“ říká Dennis Whyte, „ale nová supravodivá technologie za poslední tři čtyři roky učinila doslova skok kupředu. Dokonce se od té doby, co jsme odstartovali projekt, možnosti supravodivé technologie dále zlepšily.“
„Návrh našeho nového tokamaku ARC,“ pokračuje nyní Whyte, „je podobný běžnému tokamaku toroidálního tvaru – mnohem podobnější ve srovnání se současnou generací prstencových plazmat kulových tokamaků NSTX v Princetonu, N. J. Či ST25 v Milton Park ve Spojeném království.“
S hlavním poloměrem 3,3 m a vedlejším 1,1 m je ARC na polovině rozměrů reaktoru ITER, přičemž plánuje stejný fúzní výkon 500 MW.
ARC začal nejprve jako klasický projekt MIT. Nyní ale Plasma Science and Fusion Center hledá partnery, aby návrh, který je zatím na papíře, oživili. Whyte si však pochvaluje: „S novými vylepšeními neustále přichází studenti. Ať už to jsou vysokoteplotní slitiny, modulární 3D -tisknuté návrhy středu zařízení či chytřejší chladicí žebra, která by mohla zvýšit chladicí kapacitu dvakrát. Je to úžasná doba pro inženýry.“
Názor odjinud
Bude se supravodivá slitina Nb3Sn v cívkách tokamaku ITER měnit za výkonnější supravodič REBCO?
Milan Řípa
Tento text je úryvkem z knihy:
Milan Řípa: Soukromý kapitál ve výzkumu řízené termojaderné fúze
Academia 2017
O knize na stránkách vydavatele
