Až my dostavíme, začne závod

^ROZHOVOR - Zatím svět na jaderné fúzi spolupracuje, ale to se v budoucnosti změní, odhaduje fyzik Radomír Pánek.

Na začátku roku 2020 se Radomír Pánek, ředitel pražského Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR, stal jedním ze tří nejvyšších představitelů společného evropského podniku Fusion for Energy (F4E). Organizace, o které jste nejspíše nikdy neslyšeli, se stará o evropskou část největšího mezinárodního experimentu dnešní doby: mezinárodního termonukleárního reaktoru ITER. Vzniká v jižní Francii s rozpočtem přibližně 20 miliard Euro a měl by poprvé jasně ukázat, že lidstvo může k pokrytí své spotřeby energie používat stejný proces jako hvězdy: jadernou fúzi, která bude představovat bezpečný, téměř nevyčerpatelný a čistý zdroj energie.

Co je ITER?

Je to velké termonukleární zařízení typu tokamak, jež se staví na jihu Francie. Název tokamak pochází z ruské zkratky a jde v podstatě velkou vakuovou komoru tvaru pneumatiky, ve které magnetické pole dokáže udržet v prostoru levitující extrémně horké plazma tak, aby se nedotýkalo stěn. Cílem ITERu je ukázat, že je možné dosáhnout vysokého energetického zisku, tedy získat z jaderné fúze více energie, než je nutné k jejímu spuštění a udržení. Velmi, velmi zjednodušeně jde o velkou magnetickou komoru, ve které bude za teplot desetkrát vyšších, než je v centru slunce, docházet ke slučování atomárních jader a uvolňování velkého množství energie.  

O kolik více?  

Hlavním cílem ITERu je demonstrovat alespoň desetinásobný energetický zisk, měl by tedy vyrábět zhruba desetkrát více energie, než kolik bude zapotřebí k udržení horkého plazmatu. Některé nové výsledky naznačují, že by poměr mohl být i vyšší, ale to jsou jen odhady. Dalším cílem projektu ITER je prokázat technickou realizovatelnost získávání energie z fúzní reakce, což znamená otestovat součinnost všech potřebných a velmi náročných technologií a systémů, jako například způsob, jak z lithia v reaktoru vyrábět izotop vodíku tritium, který bude sloužit jako palivo pro fúzní reakci, jak extrahovat energii z plazmatu a další.  

Jak moc jsou si plazmoví fyzici jistí, že zařízení bude fungovat podle plánu?

Absolutní jistotu samozřejmě nemáme, nicméně máme údaje z řady menších podobných zařízení ve světě – jedno ostatně stojí i u nás v ústavu – a ty jasně naznačují, že bychom měli dosáhnout očekávaných cílů.  

Je to ovšem založené na extrapolacích, obrazně řečeno na protažení křivek do oblastí, se kterými nemáme žádné přímé zkušenosti.

To ano, proto se pořád jedná o výzkum. Zatím ovšem nic nedává důvod extrapolacím nevěřit. ITER ovšem bude úplně nové zařízení s unikátními parametry, to je jistě pravda. Nejen že bude zdaleka největší, například bude mít extrémně silné magnety na udržení plazmatu, silnější než jiné dnes fungující tokamaky.  

Velikost je tedy klíčová?

Není to jediný důležitý parametr, ale k dosažení energeticky ziskové fúze je v současnosti skutečně zapotřebí tokamak velkých rozměrů. Vakuová komora ITERu, ve které bude probíhat fúze, má tedy výšku zhruba 11 metrů a průměr necelých 20 metrů. V menších zařízeních nedokážeme dosáhnout ziskové fúzní reakce – dochází k ní, ale k udržení vhodných podmínek je zapotřebí více energie, než kolik se při slučování jader uvolňuje. Spíše větší zařízení mají podle mého názoru i jiné výhody, třeba z hlediska životnosti materiálů.

Co přesně máte na mysli?

Energii vzniklou z fúzní reakce musíme odvést z komory ven, abychom ji mohli využít. Její významnou část ale nesou neutrony, které procházejí tzv. první stěnou reaktoru do reaktorové obálky, v níž jsou zachyceny a předávají energii chladicímu médiu. Nicméně při průchodu těmito materiály nevyhnutelně zasahují jejich atomy, které se přesouvají, a materiál tím může měnit své vlastnosti. Stejný problém se objevuje i v dnešních jaderných elektrárnách, není to nic principiálně nového, ale toto zatížení v budoucích fúzních reaktorech bude výrazně vyšší. Během životnosti reaktoru budou zasažena jádra všech atomů v plášti komory několikrát, a proto se vyvíjejí speciální, velmi odolné materiály, které tomuto namáhání odolají. Zmenšování reaktoru při zachování výkonu by znamenalo zvyšování hustoty toku energie a neutronů u stěny reaktoru, které by vedlo k přílišnému poškození materiálů a zkrácení životnosti.

Kdy by měl být ITER hotový?

Zatím se počítá s tím, že zahájení provozu, takzvané „první plazma“, by mělo být v roce 2025

Stavba nabrala v minulosti ovšem značné zpoždění, nebude se to opakovat?

Já věřím, že ne. Od doby, co se stal generálním ředitelem prof. Bernard Bigot (to bylo v roce 2015, pozn. red.), se víceméně daří harmonogram dodržovat a stavba pokračuje podle plánu.  

V současné době tedy žádné velké problémy nejsou?  

ITER je unikátní zařízení, takže technické problémy se budou nepochybně objevovat a řešit neustále během konstrukce. V současné době se například snažíme zabránit zpoždění při dodávkách částí té vakuové komory tokamaku, ve které bude jaderná fúze probíhat. Nejde ale jen o technické otázky, celý projekt má také dosti komplikovanou strukturu, protože účastnické země se na něm podílejí především tím, že zajišťují výrobu jednotlivých komponentů. Například díly pro zmíněnou vakuovou komoru se vyrábějí na třech místech světa, obrovské supravodivé magnety se vyrábějí v několika různých zemích, a tak podobně. Má to svůj logický důvod, aby potřebné know-how ke stavbě fúzních zařízení skutečně měli všichni partneři, ale v praxi je samozřejmě řízení takového projektu dosti komplikované.  

Co bude následovat po ITERu?

Souběžně s budováním projektu ITER probíhá již u každého z partnerů projektu příprava dalšího kroku, který se pracovně nazývá DEMO a bude prototypem komerčního reaktoru. Jeho realizace by měla začít kolem roku 2040, tedy krátce poté, co ITER prokáže, že řízená fúze může být technicky realizovatelná a dostatečně zisková. Protože se bude jednat o zcela klíčovou technologii, myslím si, že započne něco jako závod, podobný například závodu o Měsíc. Každý ze současných partnerů projektu se pokusí co nejrychleji technologii zavést u sebe do praxe. Na projektu tohoto dalšího kroku již kromě Evropy poměrně intenzivně pracují také Čína a Jižní Korea.  

Jak si stojí podle vás evropský projekt?

Evropa na projektu DEMO pracuje v rámci konsorcia evropských laboratoří EUROfusion, jehož jsme součástí. Projekt se snažíme navrhnout tak, aby byl z technologického hlediska spíše konzervativní, tedy aby co nejvíce vycházel z již známých a ideálně ověřených technologií nebo technologií, které budou ověřeny na projektu ITER. Věříme, že tento přístup povede k nejrychlejší cestě, jak zavést tento velmi slibný, bezpečný a téměř nevyčerpatelný zdroj energie do praxe.

Děkujeme za rozhovor!