Evropský tokamak JET (Join European Torus) v britském Culhamu je největším takovým zařízením na světě. Hlavní poloměr jeho toroidální vakuové komory je 2,96 m a vedlejší pak 1,25 m. Celkový objem vakuové komory je 100 m3. Jeho toroidální magnet má pole s magnetickou indukcí 3,45 T. Je tak největším zařízením, které testuje možnosti magnetického udržení fúzního plazmatu.
V tomto případě se dosahuje nižší hustoty plazmatu, ale právě s využitím magnetického pole se udržuje po relativně dlouhou dobu v řádu sekund. Pro dosažení vysoké intenzity fúzních reakcí je nutné dosáhnout určité hodnoty součinu hustoty a doby udržení plazmatu. Jinak se tato hodnota dosahuje v případě inerciálního udržení. Při něm se plazma ze všech stran ozáří a stlačí do velmi vysoké hustoty srovnatelné s hustotou olova. Doba udržení pak stačí v řádu nanosekund. Podrobněji o metodách využívaných v různých fúzních zařízeních se psalo v přehledovém článku v roce 2020.
Nedávno jsme psali o průlomu, kterého dosáhlo zařízení pro inerciální udržení plazmatu NIF, nyní se podívejme na dnešní prezentaci průlomových měření u magnetické udržení, které se dosáhly právě na zařízení JET.
Fúzní experimenty na tokamaku JET
Tokamak JET je výjimečný v tom, že je jedním z velmi mála, na kterém se uskutečnily práce s fúzí tritia a deuteria. První experimenty s tritiem se realizovaly v roce 1991. V roce 1997 se při experimentech označovaných jako DTE1 podařilo dosáhnout rekordních parametrů plazmatu při využití fúzního paliva s tritiem.
Je třeba zdůraznit, že na tokamacích se s tritiem a fúzními reakcemi experimentuje jen výjimečně. Kromě tokamaku JET je provádělo ještě americké zařízení TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor). Pro zkoumání vlastností plazmatu a možností i podmínek jeho udržení fúzní reakce nepotřebujeme. Pokud se s nimi experimentovat začne, musíme pak řešit jeden významný problém. Během fúzních reakcí deuteria a tritia se produkují neutrony s relativně vysokou energií 14 MeV. Ty v reakcích s materiály produkují radionuklidy. Během experimentů tak vzniká intenzivní radioaktivita a radiace. Vznikají tak velmi náročné podmínky, které je třeba řešit.
Při DTE1 experimentech se v roce 1997 dosáhlo dvou typů rekordních výstřelů. V prvním z nich se dosáhlo výkonu až 15 MW, ale nepodařilo se udržet stabilitu plazmatu a proběhl pouze jako pík trvající okolo sekundy. V tomto případě se dosáhl poměr Q mezi energií uvolněnou ve fúzních reakcích a energií spotřebovanou na ohřev plazmat mezi 0,6 až 0,7. U druhého typu výstřelů se podařilo zajistit dlouhodobé udržení plazmatu, které bylo omezeno pouze konstrukcí zařízení. Pro tokamak JET je tato maximální délka okolo 5 sekund. Výkon zařízení však byl nižší, méně než 5 MW. Hodnota Q byla v tomto případě okolo 0,2 a celkově se realizovalo 22 MJ. Dosahovaná teplota plazmatu překračovala u obou typů výstřelu 100 milionů stupňů.
Je třeba zdůraznit, že daných 5 sekund není principiální limita. Dosažení desítek, stovek i tisíců sekund stabilního výboje není zásadní problém. To ukazují rekordy, které se dosahují na menších, ale modernějších tokamacích. Ty jsme rozebírali v nedávném článku.
Při těchto experimentech byla vnitřní stěna fúzní komory z uhlíku. V tomto případě byla generace radioaktivity a neutronové poškození dost velkým problémem. Docházelo tak i ke znečišťování plazmatu.
Experimenty DTE2 s tritiovým palivem v roce 2021
U celého tokamaku JET bylo realizováno několikaleté intenzivní vylepšování celého zařízení. Nově tak nyní má kovovou vnitřní stěnu složenou z wolframu a beryllia, která by měla být právě i u tokamaku ITER. Obecně je nutno připomenout, že JET je předchůdcem tokamaku ITER, který je sice menší, ale jinak je mu velmi podobný. Je tak velice důležitým zdrojem informací pro práci s budoucím zařízením ITER. Je důležité zjistit, co u něj funguje a co naopak ne. Stejné to totiž bude i u tokamaku ITER.
Nutnost poznat vliv nového materiálu stěny na chování plazmatu tak je klíčovou pomocí pro přípravu zařízení ITER. Studoval se vliv interakce plazmatu se stěnou z wolframu i v závislosti na množství plazmatu i tritia v palivu. Před začátkem zkoumání fúzních reakcí se testovalo i chování čistého plazmatu různého druhu. Poprvé se experimentovalo i s čistým tritiovým plazmatem. Velmi důležité byly výzkumy různých možností vylepšování ohřevu plazmatu.
V roce 2021 proběhla zhruba šestiměsíční experimentální kampaň. Uskutečnila se řada výstřelů, u kterých se podařilo dosáhnout maximální délky zmíněných 5 sekund. Stabilní výkon překračoval i významně 10 MW. U několika se podařilo realizovat až 59 MJ energie, což významně překročilo předchozí hodnoty. Ukazuje se, že se daří plnit předpokládané parametry a dosahovat potřebné parametry. To je velmi dobrý příslib pro budoucí fungování zařízení ITER. Nová data ze zařízení JET testují modely a výpočetní programy využívané při přípravě tokamaku ITER. Experimenty by měly probíhat nejméně do roku 2023 a budou obrovským přínosem pro přípravu experimentů se zařízením ITER.
Éra tokamaku ITER už se blíží
Tokamak ITER bude mít parametry, které jsou nutné pro průmyslové zařízení využívající termojadernou fúzi. Teplota plazmatu bude násobně vyšší. Jeho maximální výkon bude 500 MW a měl by ho udržet déle než 300 sekund. Hodnota Q by měla být v takovém režimu 10. Při nižším výkonu 300 MW a hodnotou Q rovnou 5 by měl udržet stabilní plazma i hodinu.
V současné době se budování tokamaku ITER v Cadarache dostává do finální fáze. Budovy jsou dokončené a začíná instalace samotného tokamaku. Lze tak očekávat, že v druhé polovině dvacátých let se zařízení rozběhne a začne zkoumat vlastnosti deuteriového plazmatu. Ve třicátých letech by se pak mohly začít na tomto zařízení zkoumat fúzní reakce. Máme se tak opravdu na co těšit.
Na tiskovou konferenci, která prezentuje popsané nejnovější výsledky, se můžete podívat zde:
Zlom v cestě k inerciální fúzi a budoucím mezihvězdným pohonům
Autor: Vladimír Wagner (04.12.2021)
Předstihnou soukromá fúzní zařízení ITER?
Autor: Vladimír Wagner (12.12.2021)
Jak to bylo s nedávným zapálením inerciální fúze?
Autor: Vladimír Wagner (30.01.2022)
Diskuze:
A chce vůbec někdo funkční fůzi?
David Vala,2022-02-11 23:56:38
A tím nemyslím tady pár nadšenců do technologií. Celé dění kolem jaderné fúze mi přijde docela absurdní a osobně pro něj nemám jednoznačné vysvětlení. Z mého pohledu je zjednodušeně několik pohledů jak se na tuto problematiku dívat (reálně nějaký mix).
1. Jaderná fúze nefunguje, nikdy fungovat nebude a nebo technologie, které potřebujeme k jejímu zprovoznění na Zemi nemáme a nikdy mít pravděpodobně nebudeme, ale potřebujeme stáhnout pár jaderných vědců z trhu práce ať moc nezlobí a tech 20 mld eur je malá cena za to že se některé zemně nedostanou k jaderné bombě.
2. Jadernou fúzi nepotřebujeme energie máme dost, ale i tak dáme pár vědcům dost peněz aby nedělali něco užitečnějšího.
3. Žádná katastrofická změna klimatu nehrozí. Lidstvo je ok není třeba řešit ale je třeba vykázat činnost.
4. Energie je moc levná a tak se na ní nedá moc vydělat, tak pro jistotu omezíme štěpné zdroje, (na ně jde moc dobře vidět a snižují cenu i když se stavbu snaží protahovat a rozkrádat co nejvíce to jde (bohužel je to moc na očích)) A kdyby se náhodu rozumně povedla jaderná fúze mají někteří po kšeftu.
Proč jinak jdou na zvládnutí jaderné fúze a potřebných oborů drobné? Proč tohle není priorita? Proč se obrovské peníze cpou do rádoby ekologických programů, které mají jen malý nebo žádný efekt. Mám stále pocit že tohle není o technologii, nedostatku energie, ekologii. Prostě tohle není o strategické volbě a šanci pro lidstvo na levnou a bezpečnou energii 24/7. Tohle je o rozhodnutí zachovat status quo v energetice (zejména co se týče zisků). Dělá na tom jen hrstka lidí za par drobných s minimálním rozpočtem na vybavení a komplikovanými postupy na utracení i toho mála co na to mají. A jestli se jim to opravdu povede naštvou tím takovou spoustu vlivných že snad vyrobí i nové náboženství aby fúzi zakázali......
Re: A chce vůbec někdo funkční fůzi?
D. Hruška,2022-02-12 01:48:50
Vy se snažíte uvažovat strategicky, koncepčně a ve prospěch celku, ale uniká vám možnost č. 5: Většina lidí (a zejména těch u moci) takto neuvažuje. To je prostě realita. Stav světa. Život v lidské společnosti je neustálý střet s ignoranstvím, egocentrismem i obyčejnou hloupostí a naivitou. Většina voličů ani vrcholových politiků nedokáže uvažovat strategicky, natož nezištně ve prospěch celku.
Další problém je, že k některým technologiím prostě vede delší cesta, než se na začátku zdálo. Celkem prosté vysvětlení.
A pokud jde o současnou energetiku - strategicky by bylo nejvhodnější: 1. stavět klasické jaderné reaktory; 2. urychleně vyvíjet množivé reaktory, (uran zužitkují o dva řády lépe než klasické reaktory a s minimem odpadu) a postupně jimi nahrazovat klasické reaktory; 3. postupně vyvíjet jadernou fúzi a doufat, že ji jednou zvládneme.
Re: Re: A chce vůbec někdo funkční fůzi?
Igor Němeček,2022-02-12 10:35:11
Moje řeč. Tito stratégové uplatňují jiné měřítko na sebe a druhé. Když podnikají oni, je to ok, když někdo jiný a ve velkém, tak jsou to mizerové. A když nepodnikají, tak pravým důvodem je, že jsou slušní a odmítají se podílet na destrukci světa. Očekávají, že velcí podnikatelé a mocné šedé eminence (ONI) jsou tak schopní, že se disciplinovaně domluví po celém světě na rozložení zisků a spravedlivě se podělí. Že je to v přímém rozporu s jejich óbr hamižností (nebo ctižádostí, je úplně jedno, co je žene, chtějí pořád víc) už nepoberou.
Re: Re: A chce vůbec někdo funkční fůzi?
David Vala,2022-02-14 16:40:46
Je zajímavé, že ani ta minimalistická varianta v podobě evoluce štěpné energetiky není v Evropském regionu příliš podporovaná - spíše naopak. Možná by tálo zato to zkusit naopak. Podpořit nějakou zemi co není v EU (není tam taková legislativní bariera a obvykle dovedou vyřešit i problém se zelenými organizacemi) jako je Ukrajina - ok dnes nepoužitelné ale perspektivně proč ne), Srbsko, Bělorusko atd. nechat tam postavit pár JE a postavit vedení do EU a nakupovat energii a navíc by tyto země měli dostatek tepla pro své lidi (to nikdo do EU tahat nebude) a tím i menší závislost na dovozu plynu z východu a případně by z přebytků mohli vyrábět EU oslavovaný vodík a přidávat do trubek (ok životnost takhle exponované infrastruktury teď pomíjím). A pokud by nechtěli vedení tahat vzduchem tak je to ideální příležitost pro výrobce kabelů (jestli se tomu dá ještě vůbec říkat kabel). A všichni budou spokojeni..... i "tunelovat" by se to dalo v daných destinacích ( prostě win-win) a v případě průšvihu se jen někde mimo EU zvětší rozloha pralesu :-) a příroda si s tím poradí docela dobře jak je vidět na jedné již existující rezervaci.
Re: Re: Re: A chce vůbec někdo funkční fůzi?
D. Hruška,2022-02-14 20:26:04
To ale pořád drhne na stále stejném problému - ti, kteří mají reálnou moc toto rozhodovat nebo ovlivňovat, k tomu motivaci nemají, protože sledují svoje soukromé zájmy. Energetika je často ani nezajímá a nerozumí jí. Oficiálnímu zelenému náboženství věří akorát malé množství fanatických environmentalistů a část zmasírovaných laiků bez reálné moci. Ti dělají jen "užitečné hlupáky" lidem u moci. Zbytek jsou politici, magnáti a šedé eminence - a ti sledují především vlastní zájmy ("zachraňovat svět" mezi jejich zájmy ale nepatří). Nakonec tu máme racionálně uvažující lidi, kteří ale zpravidla nemají reálnou moc.
Potom je tu technický problém - z Ukrajiny je to příliš daleko. Němci mají problém postavit páteřní vedení spojující sever svojí země s jihem. Vedení z Ukrajiny by muselo být ještě téměř dvakrát delší, což by se promítlo do ceny, ztrát a v neposlední řadě do doby výstavby, která by se při současném právním systému pravděpodobně protáhla na několik dekád.
hmm
Eva M,2022-02-11 15:41:13
upřímně, nějak se mi to s tou fúzí také nepozdává...
...laický pocit je, že problém by bylo potřeba vzít za nějaký jiný konec.
:) bohužel mohu přispět jen samými nesmysly, např. "vyřešit problém dálkového přenosu elektřiny, ono někde svítí furt, a když ne přímo na zemském povrchu, pak nad vrstvou mraků" ... a podobně.
každopádně šílená zařízení nutná byť i jen k výzkumným experimentům dávají tušít, že tady bude problém získat více, než bylo vloženo....
;- ) pokud to nevyřeší genetici.. ;-) pár drobných zásahů.. a následník lidského druhu může být autotrofní...;-)
Igor Němeček,2022-02-10 18:05:05
Díky za pravidelný přehled a nenechte se odradit diskutujícími, kteří si sem odskočili zřejmě z idnes.cz. Vy jistě víte, že spokojený čtenář svoji spokojenost vyjádří málokdy a o to víc obdivuji Vaše nasazení. Hodně zdaru do další činnosti!
Zdravím,
Vladimír Bzdušek,2022-02-10 22:35:58
p. Němeček,
aby sme sa hneď skraja správne pochopili,
to čo napíšem, nie je o jadrovej fúzii,
ale o článkoch o jadrovej fúzii,
presnejšie o článkoch o článkoch o jadrovej fúzii.
Vy ste nadšenec technického pokroku,
ja tiež, ale v poslednej dobe možno trochu pomenej.
Keď som pred 50 rokmi čítal, že fúziu zvládneme do 20 rokov,
tak som bol nadšený.
Keď teraz -po 50 rokoch- čítam, že to možno zvládneme za ďalších 50,
tak z toho vyvodzujem záver, že:
Niekde Je Problém.
Dôraz sa dá položiť na ľubovoľné z tých troch slov,
alebo aj na všetky spolu.
Znova: Ja fandím výskumom a vedcom v tejto oblasti.
Bodaj by postupovali 100x rýchlejšie!
Ale v skutočnosti sa postupuje veľmi malými krokmi, veľmi pomaly.
Preto ma vyrušuje ten nadšený tón článkov s termínmi ako o
"prelomových" výsledkoch.
Prelomový značí, že zajtra-pozajtra sme hotoví?
Máme snáď fungl nový princíp, materiál, niečo
doteraz neznáme? To je význam slova "Prelom".
Nebolo by poctivejšie napísať, že problém je taký zložitý,
že dosahované výsledky sú v podstate nepatrnými krôčikmi
k cieľu, ktorý je zatiaľ jednoznačne v nedohľadne?
Ale zase chápem, že treba získavať granty a rankingy,
bez toho by to nešlo, realistických skeptikov nikto nemá rád,
takže to berte tak, akoby som vôbec nič nenapísal.
(Aj som to chcel vymazať, ale medzitým som to odoslal)
Re: Zdravím,
Milan Lodža,2022-02-11 10:31:31
A kecám a kecám a kecám , hlavně že kecám...a čím víc nemám o čem, tím více slov... Nebylo by poctivější šetřit naším časem?
Re: Re: Re: Zdravím,
Igor Němeček,2022-02-11 16:15:48
Ne, je to jen ukázka nedostatku zkušeností a že přání bývá otcem myšlenky. K samotnému příspěvku jsem se vyjádřil přímo a víc už by to bylo zbytečné.
Re: Re: Zdravím,
Vladimír Bzdušek,2022-02-14 10:24:39
Výborne! A dokážete sformulovať aj nejaký proti argument?
Re: Zdravím,
Igor Němeček,2022-02-11 13:17:41
Opakovaně čtu o tom kde je problém, ale postrádám alespoň náznak toho, že může být někde jinde. Taky teď nebudu psát na téma fůze ...
Ano, pokrok je pomalý, tak už to ale chodí. Pokud byste se někdy podílel na vývoji něčeho, viděl byste sám, jak to trvá, jen něco doděláte a už zase máte nápad jak to udělat lépe a s nasazením počkáte na finálnější fázi a toto se Vám zopakuje 10x. Pak to začnete prodávat a hle, kritika a konkurence taky nechrápe, tak znovu a lépe.
Jiná věc je, když hodnotíte pokrok zpětně, tam už ho jako pomalý nevidíte, najednou jsou současné motory dokonalé a blablabla.
Nedávno jsem jako příklad v diskuzi uvedl historii páry a místo zamyšlení diskutujících se dočkám jen relativizace partou "realistických skeptiků". Jen ovládnutí páry trvalo přes 150 let a Vy tu píšete něco o 20 letech k použitelné fůzi. To není problém pokroku.
Co se týče přelomových momentů, tak je to zase jen o subjektivním pohledu. Když to napíše p. Wagner, ještě to nemusí tak být, může být na vlně, ale čí názor bude více relevantní, ten Váš a nebo člověka, který má takovou reputaci v oboru?
Je to především Váš problém, když si přečtete nějaký bulvární článek a berete ho jako argument pro své tvrzení o pomalosti vývoje. Vy si ty články vybíráte a Vy si je pak hodnotíte. A pokud někomu budete zazlívat, že napíše nějakou nereálnou vizi, pak já Vám můžu vytknout, že na to skočíte.
Budu se opakovat - kritický přístup neznamená, že člověk má vše kolem sebe kritizovat, ale že musí přistupovat kriticky především sám k sobě a k tomu jak s informacemi pracuje.
A závěr zcela úpřímně: napsal jste názor, který s mým příspěvkem nesouvisel a tedy jste mohl založit vlastní vlákno a čekat na reakce, já bych měl napsat něco, co napsal už někdo jiný, ale budiž, nemám problém, můžu reagovat. Ale to neznamená, že budu znovu na něco podobného reagovat opakovaně. Času zase tolik nemám, zrovna pracuji na vývoji nového výrobku, už třetí verze, táhne se to, tedy nic pro Vás.
Teplo
Repetálek Kuzma,2022-02-10 11:49:18
Tibetský láma prý dokáže v okruhu 2m ohřát prostření z -20°C na 37°C. Co víc by měl člověk chtít!?!
Re: Teplo
Jan Novák9,2022-02-10 12:54:52
Prosím předveďte. Nebo se nechlubte cizím peřím :-)
Budou green deal dotace na lámy? Nebo na lamy?
A 2 metry je málo, to mi nevyhřeje ani ložnici. Lámové budou muset přidat.
Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Jan Novák9,2022-02-09 22:34:12
A dnes narození by se mohli v 80 letech dožít první fúzní elektrické energie.
V roce 2040 by se MOHLO začít stavět demo (a vypínat poslední fosilní elektrárny). Demo by MOHLO být dostaveno okolo 2060 (pokud budou průtahy menší než u ITER). Pak DEMO začne řešit problémy s kontinuální produkcí energie z fúze. Okolo roku 2080 by se mohly začít stavět první komerční fúzní elektrárny a v roce 2100 by mohla být fúzní energie běžně k dispozici v malém množství...
... Pokud se ovšem nic nepokazí...
Tak nějak nemám pocit že by nás fúze vytrhla z Green Steal.
Re: Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Tomas Novak,2022-02-10 03:48:56
V pocatcich green dealu nam nepomuze, tam pomohou spis vidle a defenestrace vedeni v Bruselu. Ale fuze muze to moct az treba skutecne zacne dochazet uhli a ropa. To pak bude skutecne velka motivace pro hledani novych stabilnich zdroju energie.
Re: Re: Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Jiří Kocurek,2022-02-10 23:52:50
Temelín ani Dukovany nedodávají elektřinu stabilně, bez potřeby uhlí a ropy?
Re: Re: Re: Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Stepan Huzlik,2022-02-11 04:13:28
Opravdu jsem pro vyuzivani jadra, ale Je potreba si uvedomit, ze i zasoby uranu nejsou nekonecne a i kkdyby vydrzeli pres 100 let. Fuze ukazuje jak dlouhodoby muze byt vyvoj pokrocilych technologii. Nepovazuju se za zadneho ekofanatika, ale pristupovat ke vsemu stylem po nas potopa a me se to netyka protoze za meho zivota ropa/uran/cokoliv nedojdeje asi opravdu neni spravna cesta.
Re: Re: Re: Re: Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Jan Novák9,2022-02-11 14:54:04
Zásoby ropy jsou nejméně do konce století.
Zásoby uhlí na nejméně 200-300 let.
Zásoby levného uranu máme na 100 let (s cenou do $130/kg), při využití existujících technologií rychlých reaktorů a paliva ANEEL nejméně do konce tisíciletí. (Uran obsahuje tolik energie že elektřina z něj prakticky není závislá na ceně paliva)
To by nám dalo dostatek času na vývoj použitelné fúze.
Já mám problém s přístupem: "Musíme spasit planetu i kdyby to všechny ostatní mělo zabít."
Víte například že soukromá trysková letadla a milionářské jachty mají vyjímku v návrhu Green Deal a ten se jich týkat nebude? Zřejmě v rámci ochrany nejchudších.
Re: Re: Re: Re: Re: Takže jenom 60 zim bez elektřiny
Macko Pu1,2022-02-11 22:30:18
Dokonca je snaha aby toto palivo nebolo zdanene. Snad milonari nebudu zbytocne platit dane.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
