Jaderná fúze

Fúze, tj. proces, který pohání hvězdy jako Slunce, představuje téměř nevyčerpatelný a čistý zdroj elektřiny, který vyžaduje pouze malé množství paliva, jež lze získat z levných a celosvětově dostupných materiálů. Při procesu jaderné fúze se za vysokých teplot spojují atomy lehkých prvků, jako je vodík, z nichž vzniká helium při současném uvolnění obrovského množství energie. Fúze je podle odborníků ze své podstaty bezpečná, jelikož proces její reakce se nemůže spustit nekontrolovaně sám od sebe. 

Tokamak (slovo pochází z ruštiny) je zařízení vytvářející toroidální a nesmírně výkonné magnetické pole, používané jako magnetická nádoba pro uchovávání vysokoteplotního plazmatu. 

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) je jedním z nejambicióznějších energetických světových projektů. 35 národů společně buduje v jižní Francii největší tokamak na světě. Megalomanské zařízení, které chce dokázat, že jaderná fúze je budoucností energetiky. 

• celkový rozpočet 18 miliard eur, čili více než 460 miliard korun, je ITER druhým nejdražším mezinárodním vědeckým projektem
• ITER bude prvním fúzním zařízením, které dokáže vytvářet více energie, než samo spotřebovává 
• ITER má produkovat 500 MW energie během zážehů pulsů plazmatu, které potrvají déle než 500 sekund. Základní palivo tvoří izotopy vodíku, asi půlgramová směs deuteria a tritia. Deuterium lze získat z vody, kde se nachází v poměru 1 atomu deuteria na 6500 atomů vodíku. Druhý izotop vodíku, tritium, se v přírodě téměř nevyskytuje. Potřebujeme ho vyrobit z lithia. 
• Prosinec 2025 Událost "First Plasma", první spuštění (reálný provoz po roce 2035)
  
• Kromě odkladů se projekt potýká i s navýšením rozpočtu: původní částku překročil již třikrát, nyní se náklady pohybují ve výši 200 miliard eur (525 miliard korun) 7.2020
  

Podmínky nutné k jaderné fúzi

• Velmi vysoká teplota o více než 100 milionech stupňů Celsia
• Dostatečná hustota plazmatických částic, aby se zvýšila pravděpodobnost, že dojde ke srážce
• Dostatečný čas k udržení plazmatu, které má sklon k expanzi 

https://vtm.zive.cz/clanky/iter-je-nejvetsi-energeticky-projekt-lidstva-35-narodu-stavi-obri-tokamak-pro-jadernou-fuzi/sc-870-a-201727/default.aspx?

Jaderná fúze, zprávy z tisku:

6.12.2023 Japonsko slavnostně otevřelo JT-60SA, dosud největší provozuschopný supravodivý tokamak na světě. Tokamak je reaktor pro jadernou fúzi a tato novostavba v Japonsku má být za podpory Evropské unie (EU) předchůdcem budovaného Mezinárodního termonukleárního experimentálního reaktoru (ITER), který se v současnosti staví ve Francii a jehož otevření se očekává za několik let.

Cílem tohoto fúzního reaktoru je prokázat, že jeho konstrukce dokáže produkovat čisté množství energie. Aby to mělo smysl, musí se více energie získat než vložit. Jaderná fúze má potenciál uvolnit obrovské množství čisté bezuhlíkové energie. Vědci očekávají, že jim škálování umožní získávat stále více energie. Proto je ITER navržen jako větší, aby byl schopen dosáhnout nejprve hořícího plazmatu a poté plné fúze do roku 2035. JT-60SA bude informovat o dalších krocích v přístupu k reaktoru a již nyní se ukazuje jako slibný. V říjnu se ukázalo, že první plazma cirkuluje s mnohem nižšími proudy, které jím procházejí.

https://tvujmagazin.cz/technologie-a-gadgety/v-japonsku-byl-otevren-nejvetsi-jaderny-fuzni-reaktor-na-svete/adam-kopecky/?

13.12.2022 Američtí vědci v úterý představili výsledky průlomového objevu v hledání prakticky neomezeného zdroje čisté energie. Poprvé v historii se jim podařila jaderná fúze, tedy sloučení jader atomů, a to za uvolnění většího množství energie, než bylo do pokusu vloženo. Vzniklo 2,5 megajoulu energie, tedy o 20 procent více, než kolik bylo spotřebováno při provedení fúze samotné.

• Pokud si lidstvo tento typ procesu osvojí a dokáže jej využít, zbaví se navždy - věří vědci - své závislosti na fosilních palivech a získá přístup k neomezenému zdroji bezuhlíkové energie. Palivem nových typů reaktorů by měly být deuterium a tritium, tedy izotopy vodíku.

• Deuterium ze sklenice vody by mohlo stačit na zásobení domácnosti na rok. Tritium je vzácnější, lze je ale získat synteticky.

• Stačí vám jen malé množství vodíku, a ten je nejhojnějším prvkem. Vodík se nachází ve vodě, takže palivo, které je třeba k tomuto zdroji energie, je neomezené a čisté.

• Podle Mezinárodní agentury pro atomovou energii by navíc fúzní reakce měla vyprodukovat čtyřikrát víc energie na kilogram než jaderné štěpení a čtyřmilionkrát víc energie než pálení uhlí nebo ropy. Při jaderné fúzi by navíc neměl vzniknout téměř žádný odpad a ten, který by reaktor vyprodukoval, by navíc byl radioaktivní jen po krátkou dobu.

• Badatelé musí vyřešit dvě zásadní věci. Jak to, co objevili, provést v mnohem větším měřítku a mnohem levněji tak, aby bylo možné pomýšlet na komerční využití. To zabere roky, možná desetiletí.  
  

• https://www.novinky.cz/clanek/zahranicni-amerika-americanum-se-povedla-jaderna-fuze-kdy-zlevni-elektrina-40417311#

10.2.2022 Průlomových výsledků dosáhli vědci a inženýři konsorcia EUROfusion na fúzním zařízení Joint European Torus (JET) u Oxfordu ve Velké Británii. Rekordních 59 megajoulů generovaných z fúzní energie demonstruje podle českých vědců, kteří jsou do projektu také zapojeni, možnosti jaderné fúze. Fúzní energie má potenciál zajistit bezpečný a účinný zdroj energie s nízkou uhlíkovou stopou.

JET (Joint European Torus) je fúzní experimentální zařízení typu tokamak, které dokáže vytvořit plazma o teplotě až 150 milionů stupňů Celsia, tedy desetkrát teplejší než střed Slunce. 

https://www.novinky.cz/veda-skoly/clanek/uspech-evropskeho-tokamaku-vedci-dosahli-rekordni-energie-z-jaderne-fuze-40386640#

4.6.2021 Čína opět rozžhavila své "umělé Slunce", fúzní nukleární reaktor, s nímž učinila teplotní rekord. Podle státních médií reaktor po 100 sekund vytvářel teplotu až 120 milionů stupňů Celsia. Reaktor nakonec docílil dokonce teploty 160 milionů stupňů Celsia, což je desetkrát větší teplota než teplota uvnitř Slunce.

Zařízení, nejpokročilejší experimentální výzkumný přístroj pro jadernou fúzi v Číně, využívá k fúzi horké plazmy silné magnetické pole. Je navržen tak, aby replikoval proces jaderné fúze, který se přirozeně odehrává ve hvězdách a na Slunci. Získali bychom tak téměř neomezený zdroj energie. Reaktor, nacházející se v čínské provincii An-chuej, za nímž stojí vědci z Hefei Institutes of Physical Science, produkuje tak obrovské horko a energii, že se mu říká "umělé Slunce"." Rozvoj energie z jaderné syntézy není jen způsobem, jak vyřešit strategické energetické potřeby Číny, ale má také velký význam pro budoucí udržitelný rozvoj čínské energetiky a národního hospodářství. 

https://techfocus.cz/veda-vesmir/3264-v-cine-se-rozhorelo-umele-slunce-fuzni-nuklearni-reaktor-teplotou-prekonal-slunce.html

5.1.2021 Umělé slunce vytvořené v Jižní Korei dosáhlo nového teplotního rekordu. Teplotu o hodnotě 100 milionů stupňů Celsia vyzařovalo déle než kdykoli předtím.

Jedná se o tzv. Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR) neboli fúzní reaktor, kde dochází k zahřívání a oddělování iontů a elektronů. KSTAR nově dokázal zahřát plasmu na tak vysokou teplotu po dobu 20 sekund. Překonal tím současný rekord o více než polovinu. Fúzní zařízení kopírují reakce probíhající přímo ve Slunci. Mohly by zajistit silný a nevyčerpatelný zdroj čisté energie uvolněním obrovského množství energie, která by byla převedena na elektřinu.

Několika fúzním zařízením se podařilo zahřát plasmu na tak vysoké hodnoty. Nikdy se však nepovedlo udržet proces tak dlouhou dobu. KSTARu se to povedlo díky zlepšení operačního módu s názvem Internal Transport Barrier, který umožnil zahřívání po tak dlouhou dobu.

Dlouhodobým cílem vědců z výzkumného centra KSTARu je dosáhnout operace trvající 300 sekund při teplote 100 milionů stupňů. Doufají, že se to podaří do roku 2025. Teplota 100 milionů stupňů by měla být standardem pro fúzní operace. 

https://www.czechsight.cz/umele-slunce-prekonalo-novy-rekord/

11.12.2020 RUDÉ SLUNCE ZÁŘÍ. ČÍNA ZAPNULA FÚZNÍ REAKTOR

Čínská státní média přinesla zprávu, že vědci uvedli úspěšně do provozu jaderný fúzní reaktor. Spuštění tokamaku má pomoci i mezinárodnímu projektu ITER, jenž se staví ve Francii.

Čínští výzkumníci zprovoznili tokamak HL-2M, největší čínský experimentální fúzní reaktor. Vytvořili v něm magnetické pole a horké plazma, které mělo dosáhnout teploty 150 milionů stupňů Celsia, což je až desetkrát vyšší teplota než ve středu Slunce. Reaktor se nachází ve městě Čcheng-tu v jihozápadní provincii S'-čchuan.

"Vývoj energie z jaderné fúze není jen způsobem, jak vyřešit strategické energetické potřeby Číny, ale má také velký význam pro budoucí udržitelný rozvoj čínské energetiky a národní ekonomiky," napsal čínský Lidový deník (Žen-min ž'-pao), což je "tiskový orgán" čínské komunistické strany.

Nový čínský reaktor pracuje při trojnásobné teplotě než předchozí model HL-2A, zdůraznila státní Čínská národní jaderná korporace (CNNC), jež zastřešuje všechny jaderné programy v zemi. Právě dosažení vysokých teplot má vést k pokroku ve výzkumu chování hvězd. Jako palivo mají v reaktoru sloužit izotopy vodíku - deuterium a tritium.

Hongkongský deník South China Morning Post dodal, že nedávno ohlásil úspěch i jihokorejský institut pro energetickou fúzi. Korejský reaktor běžel při teplotě 100 milionů stupňů Celsia po dobu 20 vteřin. Čínský tokamak to dokázal po dobu 10 vteřin, potvrdil hlavní inženýr Jang Čching-wej z Institutu pro fúzní vědu při CNNC.

Čína hodlá postavit průmyslový demonstrátor okolo roku 2035, o 15 let později mají nové reaktory dodávat elektřinu do sítě. Termonukleární fúze má přispět k dosažení uhlíkové neutrality v nejlidnatější zemi světa do roku 2060.

Termojaderná fúze se zdá být zdrojem budoucnosti. Funguje na stejném principu jako hvězdy, ve kterých se za vysoké teploty a tlaku spojují jádra prvků a uvolňují při tom velké množství energie. Což je opakem jaderného štěpení, jež se využívá v současných jaderných elektrárnách. Hlavní výhoda spočívá v tom, že nedochází ke vzniku vyhořelého radioaktivního odpadu, provoz termojaderných reaktorů by měl být také bezpečnější, protože v nich neprobíhá řetězová reakce.

https://www.tydenikhrot.cz/clanek/cina-fuzni-reaktor-tokamak?<br>

30.10.2020 Pokrok v jaderné fúzi: Britský tokamak MAST Upgrade zdolal důležitý milník

https://oenergetice.cz/jaderne-elektrarny/pokrok-jaderne-fuzi-britskem-tokamaku-mast-upgrade-bylo-poprve-zapaleno-plazma

6.10.2020 Funkční reaktor pro jadernou fúzi, tedy takový, který chrlí více energie, než kolik jí spotřebuje, by tu mohl být již v roce 2025. Tím se otevře cesta pro velkovýrobu čisté energie.

Během fúze jsou atomová jádra nucena společně vytvářet těžší atomy. Když je hmotnost výsledných atomů menší než hmotnost původních atomů, přebytečná hmota se přemění na energii a uvolní mimořádné množství světla a tepla. Fúze mimo jiné pohání Slunce a hvězdy, protože mocná gravitace v jejich středu spojuje vodík a vytváří hélium.

Ale k tomu, aby se atomy spojily dohromady, je zapotřebí obrovské množství energie, která vzniká při teplotách nejméně 100 milionů stupňů Celsia. Takové reakce pak mohou generovat spoustu energie. Fúze navíc neprodukuje skleníkové plyny, jako je oxid uhličitý, ani nevytváří další znečišťující látky. A paliva pro fúzi, jako je vodík, je na Zemi dostatek.

"Do výzkumu jsme se pustili prakticky všichni, protože se snažíme vyřešit opravdu závažný globální problém," uvedl autor studie Martin Greenwald, plazmový fyzik z MIT a jeden z předních vědců vyvíjejících nový reaktor. "Potřebujeme řešení globálního oteplování, jinak má civilizace potíže. Vypadá to, že by se to mohlo podařit napravit."

Pokud se vše povede podle plánu, nově vyvíjený reaktor bude prvním zařízením, které kdy dosáhlo bodu "hořící plazmy", ve které teplo ze všech fúzních reakcí udržuje fúzi v chodu, aniž by do něj bylo nutné pumpovat další energii. Nikdo však nikdy nebyl schopen využít sílu spalování plazmy v řízené reakci, a než se to povede, je zapotřebí dalšího výzkumu.

Projekt SPARC, který byl zahájen v roce 2018, by měl uvést do provozu reaktoru v roce 2025. Je to mnohem rychlejší než největší projekt fúzní energie na světě, známý jako International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Stavba tohoto reaktoru začala v roce 2013, ale neočekává se, že by projekt vyvolal fúzní reakci dříve, než v roce 2035.

Reaktor bude produkovat páru

Výhodou projektu SPARC je použití silných magnetů, které jsou navrženy tak, aby omezovaly jeho plazmu. SPARC bude používat takzvané vysokoteplotní supravodivé magnety, které jsou dostupné až v posledních letech. I díky nim bude tento reaktor podstatně menší než konkurenční ITER.

Vědci očekávají, že SPARC bude generovat nejméně dvakrát až desetkrát více energie, než kolik ji pro svůj chod bude potřebovat. Teplo z fúzního reaktoru by generovalo páru. Tato pára by pak poháněla turbínu a elektrický generátor, stejně jako se dnes vyrábí většina elektřiny.

"Fúzní elektrárny by mohly nahradit elektrárny na fosilní paliva a nebylo by nutné ani restrukturalizovat elektrické sítě," řekl Greenwald. "Naproti tomu pro obnovitelné zdroje energie, jako je solární a větrná energie, nejsou současnou konstrukcí elektrické sítě dobře přizpůsobeny."

SPARC by vyráběl pouze teplo, ne elektřinu. Jakmile vědci postaví a otestují SPARC, plánují postavit reaktor ARC (Affordable Robust Compact), který by do roku 2035 vyráběl elektřinu z tohoto tepla. "Je to velmi ambiciózní, ale je to cíl, ke kterému směřujeme,

https://tech.instory.cz/1223-reaktor-pro-jadernou-fuzi-by-mohl-fungovat-jiz-v-roce-2025.html?<br>

30.7.2020 Stavba největšího termojaderného fúzního reaktoru na světě pokročila do závěrečné fáze, ve Francii už stojí většina budov komplexu a začíná instalace prvních komponentů klíčového zařízení - tokamaku ITER.

Má fungovat přesně naopak oproti dnešním jaderným elektrárnám. Při procesu nazývaném jaderná fúze v něm má dojít k vzniku plazmy (extrémně zahřáté hmoty) a slučování jader namísto štěpení. Tokamak tak má při teplotě až 150 milionů stupňů Celsia napodobit reakci, ke které dochází ve většině hvězd včetně Slunce. Výsledkem má být zdroj bezpečné a čisté energie bez jaderného odpadu, a to všechno za spotřeby paliva, které lze získat ze zdrojů, jichž naše planeta nabízí víc než dost.

Pokud půjde všechno podle plánu a v roce 2025 bude konstrukce dokončena, půjde podle BBC o dosud největší termonukleární reaktor na světě. Zároveň jde o druhý nejdražší vědecký projekt světa, hned po Mezinárodní vesmírné stanici. Na jeho stavbě se podílí 35 zemí, včetně těch, jejichž spolupráce v jakémkoliv oboru je přinejmenším vzácná. Jde o státy EU, USA, Čínu, Rusko, Indii, Japonsko i Jižní Koreu. ITER by se měl stát prvním tokamakem, který získá z paliva více energie, než sám spotřebuje na ohřev plazmatu. Otázkou zůstává, zda ITER předčí svou produkcí celkový příkon při započítání energie spotřebované například na chlazení. 

Pokud by se tohle v případě ITERu podařilo, mohlo by skutečně dojít k zásadnímu přelomu, kdy by se lidstvo ocitlo na dosah takřka zázračnému zdroji energie. Palivem pro tento reaktor je totiž směs deuteria a tritia, což jsou izotopy vodíku, které se dají získat z mořské vody a lithia - pohodlně dostupných materiálů, které nepředstavují zátěž pro životní prostředí. Podle prohlášení vědeckého týmu projektu ITER je množství takového paliva o velikosti ananasu ekvivalentem asi 10 tisíc tun uhlí, napsala agentura AFP.

Areál v jihofrancouzském městě Cadarache je velikostí srovnatelný s rozlohou české jaderné elektrárny Temelín. Jeho stavba začala v roce 2007, v současnosti už stojí většina budov areálu a na místo už dorazily první komponenty samotného tokamaku. Kompletně má být hotovo v roce 2025, kdy se začne testovat. O rok dříve má zároveň započít i stavba prvního potenciálního komerčního tokamaku DEMO. Cílem celého projektu je poslat první megawatty elektřiny z jaderné fúze do sítí v roce 2050. 

Na světě v současnosti existuje několik zařízení pro jadernou fúzi typu tokamak, dvě z nich jsou dokonce v Česku. Dosud se ale žádnému nepodařilo získat víc energie, než je potřeba na ohřev plazmatu, a nikdo se tak snu o čisté, bezpečné a levné energii výrazněji nepřiblížil. 

https://www.seznamzpravy.cz/clanek/ve-francii-se-zacalo-skladat-male-slunce-jeho-energie-ma-spasit-lidstvo-114032#

https://byznys.ihned.cz/c1-66797160-na-jihu-francie-zacala-montaz-experimentalniho-fuzniho-reaktoru-jeho-spusteni-otevre-cestu-levne-a-bezpecne-energii

6.1.2020 Čína se snaží najít alternativní zdroj energie v podobě vlastního umělého Slunce (tokamak, zařízení s toroidálním magnetickým polem). V té době slavila úspěch, že poprvé v historii překročila teplota 100 milionů stupňů Celsia. Jádro toho pravého Slunce má ovšem podle odhadů zhruba 15 milionů stupňů Celsia. V současné době však přišla s vylepšenou verzí svého fúzního reaktoru HL-2M, který by měl překonat teplota přes 200 milionů stupňů Celsia.

• novém vylepšeném tokamaku (zařízení s toroidálním magnetickým polem, které slouží pro uchování vysokoteplotního plazmatu) se bude odehrávat opak jaderné reakce, tzn. slučování jader. Při tom se uvolní daleko více energie než při jejich štěpení. 
• https://cdr.cz/clanek/cinske-umele-slunce-se-dokaze-rozehrat-na-200-milionu-stupnu-celsia?
  

Nejnovější články na našem blogu

Přečtěte si, co je nového