Jaderná fúze: nový harmonogram dokončení reaktoru ITER

Projekt ITER je největším pozemským vědeckým projektem v dějinách lidstva. Jde o globální projekt, ve kterém spolupracuje 31 zemí reprezentujících více než polovinu obyvatel Země. Cílem projektu je postavit termojaderný reaktor o výkonu 500 MW a prokázat tak technickou realizovatelnost fúzního zdroje energie. Reaktor se úspěšně buduje v jižní Francii a je již v pokročilé fázi realizace.

Areál ITER. Kredit ITER Organization.

Reaktor ITER bude největší termojaderný reaktor na světě, který bude mít tři hlavní úkoly:

Otestovat reaktorové scénáře a technologie pro fúzní elektrárny.
Dosáhnout fúzního výkonu 500 MW při výkonu ohřevu plazmatu 50 MW (zesílení Q ≥ 10).
Dosáhnout ustáleného provozu reaktoru po dobu až 50 minut (při zesílení Q ≥ 5).

Hlavní součásti reaktoru ITER. Kredit ITER Organization.

Splnění těchto úkolů je důležité pro zahájení výstavby prototypů fúzních elektráren využívajících technologii ITER.

Podle dosud platného harmonogramu z roku 2016 mělo být v roce 2025 vytvořeno tzv. první plazma, které prokazuje základní funkčnost klíčových reaktorových technologií, především vakuového a částečně magnetického systému. V roce 2033 měl magnetický systém poprvé vytvořit nominální magnetické pole o velikosti 5,3 T v ose plazmatu a proud v plazmatu o velikosti 15 MA. Plného výkonu 500 MW měl reaktor dosáhnout v roce 2035.

Reaktorová a montážní hala. Kredit ITER Organization.

Nyní byl na tiskové konferenci ITER Organization konané 3. července 2024 zveřejněn nový harmonogram dokončení reaktoru. Programové cíle projektu se nezměnily, avšak do harmonogramu bylo nutné započítat skutečnosti, ke kterým došlo v posledních letech a které způsobily zpoždění kompletačních prací.

Nový harmonogram nepředstavuje pro odbornou veřejnost žádné zásadní překvapení, odborníci po celém světě úpravu harmonogramu připravovali spolu s ITER Organization již více než dva roky. Nejedná se o časový posun původního harmonogramu, ale o vypracování nového postupu při dokončování kompletace reaktoru, který bere v potaz jak dopady pandemie COVID-19, tak především nově získané poznatky a aktualizované vědecké priority. Podle nového harmonogramu bude vědecký program zahájen v roce 2034, a to, oproti původnímu harmonogramu, již v téměř dokončeném reaktoru.

Kompletace segmentů reaktoru. Kredit ITER Organization.

Maximální magnetické pole reaktor vytvoří v roce 2036 a plného výkonu s palivovou směsí deuteria a tritia dosáhne v roce 2039. Dosažení plného výkonu reaktoru se tak posunuje o 4 roky.

Hlavní příčiny zpoždění byly dvě. Pandemie COVID-19 zpomalila výrobu komponent v továrnách po celém světě a v některých případech byla jejich výroba dokonce na několik měsíců zastavena úplně a továrny propustily kvalifikované zaměstnance. To vedlo k výraznému zpoždění dodávek komponent reaktoru na stavbu a v některých podnicích došlo při výrobě k významným chybám. Například nebyly dodrženy stanovené rozměrové tolerance několika segmentů vakuové nádoby vyrobených v Jižní Koreji nebo došlo k mikrotrhlinám v chladicím potrubí tepelných štítů supravodivých magnetů. Úpravy a opravy těchto tzv. prvních komponent svého druhu jsou technologicky i časově náročné a v současnosti ještě probíhají.

Dokončená poslední supravodivá cívka poloidálního pole. Kredit ITER Organization.

V rámci nového harmonogramu bylo také rozhodnuto o změně materiálu první stěny reaktoru, která je bezprostředně vystavena působení extrémně horkého plazmatu. V době zahájení projektu bylo rozhodnuto, že tato stěna bude vyrobena z beryllia, které má vyhovující jaderné vlastnosti, přestože není příliš tepelně odolné a jeho prach je toxický. Za uplynulých 20 let se věnovalo velké úsilí výzkumu vhodných materiálů pro fúzní reaktory a postupně se ukázalo, že vhodnějším materiálem pro první stěnu je wolfram, který se stal i preferovaným materiálem pro budoucí fúzní elektrárny.

Nejsilnější zdroj záporných iontů na světě pro ITER. Kredit ITER Organization.

Proto bylo v souladu s cíli projektu rozhodnuto o náhradě beryllia wolframem, což zároveň při provozu reaktoru odstraní problém s toxickým beryliovým odpadem. Pro ITER to představuje zásadní změnu a wolframovou první stěnou bude vybaven ještě před prvním spuštěním. Nový harmonogram dále zahrnuje výrazné rozšíření mikrovlnného systému ohřevu plazmatu ECRH z 20 na 67 MW a další úpravy vycházející z pokroku fúzního výzkumu, které umožní rychlejší splnění úkolů ITER.

Na tiskové konferenci bylo také oznámeno navýšení nákladů na výstavbu reaktoru spojené s úpravou harmonogramu, instalací wolframové první stěny, navýšením výkonu systému ECRH pro ohřev plazmatu a ostatními úpravami. Celkové dodatečné náklady na projekt budou přibližně 5 miliard EUR, na jejichž úhradě se budou podílet partneři projektu. Celkové náklady na výstavbu reaktoru tak stoupnou ze 17 miliard EUR na 22 miliard EUR. Skutečné náklady jsou ale pravděpodobně nižší, protože stavba reaktoru probíhá mechanismem „in-kind“ dodávek, při kterých partneři projektu dodávají na stavbu již hotové komponenty, jejichž výrobu hradí ve vlastní režii národním firmám a skutečné náklady nezveřejňují.

Aktualizovaný harmonogram projektu v pokročilé fázi realizace reflektuje reálný stav kompletace reaktoru a je proto garancí úspěšného dokončení projektu. Jedna z technicky nejsložitějších staveb na světě s globální dodavatelskou infrastrukturou se přes řadu překážek a měnící se geopolitickou situaci úspěšně blíží k dokončení. To dokládají i níže uvedené prohlídky stavby.

Literatura

Informace o tiskové konferenci

Informace o nákladech na výstavbu projektu

Prohlídky stavby ITER

https://www.youtube.com/watch?v=oN8QLmCSjtA

https://www.youtube.com/watch?v=LoV18YmWB_c

Přednášky

Video: Fúzní elektrárny – současný stav vývoje