Hviezda spútaná v reaktore

14. mar. 2019 • Fyzikálne vedy

Hviezda spútaná v reaktore

Termonukleárna fúzia by mohla vyriešiť energetické problémy ľudstva, o jej ovládnutí snívajú vedci už viac ako 70 rokov. Dúfajú, že v špeciálnom reaktore – tokamaku, naštartujú reakcie prebiehajúce v jadrách hviezd a využijú ich ako stabilný a čistý zdroj energie.

Riadená termonukleárna reakcia by sa v budúcnosti mohla stať pre ľudstvo zdrojom takmer nevyčerpateľnej, čistej, stabilnej a bezpečnej energie.

Pri fúznej reakcii deutéria a trícia sa uvoľní takmer osem miliónovkrát viac energie na jednotku hmotnosti ako pri spaľovaní ropy.

Vďaka termonukleárnej fúzii svieti Slnko a iné hviezdy a je to najrozšírenejší zdroj energie vo vesmíre. Projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor – Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor) by mal dokázať, že ľudstvo by mohlo termonukleárnu fúziu využiť ako stabilný a čistý zdroj energie. Ide o najväčší a najnákladnejší projekt na svete v oblasti termojadrovej fúzie. V blízkej budúcnosti však tento projekt ešte neprinesie technológie, ktoré by ľudstvu poskytli stabilný a dlhodobý zdroj energie. ITER by sa však mal stať dôležitým medzistupňom k stavbe termojadrových elektrární a prvému fúznemu reaktoru, ktorý vyrobí viac energie, ako je potrebné vynaložiť na zapálenie termonukleárnej rekcie. Jeho nástupcom by sa mal stať prototyp fúznej elektrárne DEMO.

Najväčší na svete

Výskumné zariadenia tohto grandiózneho projektu sa budujú neďaleko francúzskeho mesta Cadarache, asi 50 kilometrov na sever od Marseille, a ich výstavba sa začala v roku 2007. Podľa aktualizovaného harmonogramu z roku 2016 sa predpokladá získanie plazmy v reaktore v roku 2025 a jeho sprevádzkovanie na plný výkon v roku 2035. Ide o najväčší tokamak na svete a na jeho stavbe sa okrem štátov Európskej únie podieľa aj Japonsko, Čína, USA, India, Rusko a Južná Kórea. Ak bude projekt úspešný, mala by byť v roku 2040 až 2050 postavená prvá termonukleárna fúzna elektráreň. Sprevádzkovanie reaktora bude prelomom vo vývoji termojadrovej fúzie.

Objem komory reaktora je 840 m3. Plánovaný výkon by mal byť 500 MW počas zapálení pulzov plazmy trvajúcich minimálne 500 sekúnd. Palivom pre reaktor bude dávka asi 0,5 g zmesi deutéria a trícia (ťažký a superťažký izotop vodíka). Odpadovým produktom reakcie je hélium a prúd neutrónov, ktorý v obálke reaktora vyrobí teplo, a štiepením lítia prítomného v obálke aj jednu zo zložiek paliva, rádioaktívne trícium.

Projekt ITER má niekoľko konkrétnych cieľov, pričom všetky sa týkajú vývoja realizovateľnej fúznej elektrárne. Hlavným cieľom je krátkodobo vyrábať desaťnásobne viac tepelnej energie z fúznej reakcie, ako je tepelná energia dodávaná pomocným ohrevom na jej udržanie. To predpokladá vyrobiť plazmu, zapáliť ju a udržať v horiacom stave v tzv. samoudržiavanej plazme. Dôležité bude udržať plazmový výboj až osem minút a vyvinúť technológie a procesy pre fúznu elektráreň vrátane supravodivých magnetov, ale aj overiť predpoklady o získavaní trícia štiepením lítia v obálke reaktora. Lítiový plášť obklopuje celú komoru reaktora. Pri reakcii neutrónov a lítia vzniká trícium, ktoré sa ako palivo odvádza späť do reaktora. Energia, ktorá sa uvoľní pri vzniku trícia, sa využije na pohon generátora vyrábajúceho elektrickú energiu.

Základné časti tokamaku ITER

Princíp termonukleárnej fúzie

Termonukleárna fúzia je proces, pri ktorom sa zlučujú jadrá atómov ľahších prvkov, vznikajú ťažšie jadrá a uvoľňuje sa veľké množstvo energie, ktoré je úmerné rozdielu pokojových hmotností jadier pred zlúčením a po ňom. Na jej dosiahnutie je potrebné, aby sa reagujúce jadrá priblížili k sebe natoľko, že príťažlivá jadrová sila prevládne nad elektrickou odpudivou silou (jadrá atómov sú nabité kladne).

Aby častice prekonali odpudivú elektrickú silu, musia sa vzájomne zrážať veľkou rýchlosťou. Najefektívnejší spôsob, ako to dosiahnuť, je ohriatie paliva na veľmi vysokú teplotu. V pozemských podmienkach je z hľadiska energetického využitia najvhodnejšia reakcia deutéria a trícia. Pri tejto reakcii vzniká hélium a neutrón. Spomenutá reakcia je vhodná najmä kvôli najnižšej potrebnej zápalnej teplote zo všetkých vhodných termonukleárnych reakcií. Ide o teplotu na úrovni stoviek miliónov stupňov Celzia.

 

Autor: prof. Ing. Vladimír Slugeň, DrSc., Ústav jadrového a fyzikálneho inžinierstva, Fakulta elektrotechniky a informatiky STU v Bratislave

Foto: www.iter.org

Uverejnila: VČ

 

Viac o projekte ITER, najväčšom na svete z oblasti termojadrovej fúzie, ako aj o iných zaujímavých témach, sa dočítate v časopise Quark (číslo 03/2019), ktorý nájdete v novinových stánkoch alebo si ho môžete predplatiť v elektronickej alebo papierovej verzii na www.quark.sk.

Súvisiace:

Články
Hore
fotografická súťaž TVT 2019
Noc výskumníkov 2019
kúpa časopisov jún 2016
Atmosféra počas TVT 2018
Publikácie Veda v CENTRE
Aurelium - centrum vedy
Vedec roka 2018
QUARK
Prechod VK na VND - leto
TVT 2018 články
TAG Centrum vedy
TAG Mládež
TAG QUARK
TAG Ženy vo vede
TAG Spektrum vedy
TAG Slovenská veda
TAG História
TAG Rozhovor
TAG Publikácia
TAG Zaujímavosti vo vede
banner záhrady
Zaujímavosti vo vede
Mnohé, úplne bežne používané potraviny vyžarujú rádioaktívne žiarenie, no neškodia nášmu zdraviu.
Zistite viac