Navržený stelarátor Stellaris firmy Proxima Fusion představuje pokročilé fúzní zařízení nejmodernější koncepce. Proxima Fusion je spin-out Ústavu fyziky plazmatu Maxe Plancka v Garchingu u Mnichova, který využívá dosažených výsledků dlouholetého fúzního výzkumu v Garchingu, a především výzkumu na novém stelarátoru Wendelstein 7-X (W7-X) v severoněmeckém Greifswaldu. Na konceptu elektrárny Stellaris se také podílí Technologický institut v Karlsruhe. Do projektu jsou tak zapojeny špičkové německé fúzní laboratoře.
Samotný projekt stelarátoru Stellaris je na úplném počátku vývoje a dosud byl popsán pouze koncept ze základními fyzikálními a inženýrskými parametry. Z popisu je ale zřejmé, že stelarátor naváže na provozovaný stelarátor W7-X a jeho konstrukci posune směrem k využití jako energetického reaktoru pro fúzní elektrárny. Tepelný výkon reaktoru by měl být okolo 3 GW a elektrický výkon bloku přibližně 1 GW, tj. podobně jako u reaktorů Jaderné elektrárny Temelín.
Příprava energetického stelarátoru je ale velkou výzvou. Důvodem je především nedostatek dat o funkčnosti stelarátorů. Stelarátory byly dlouhá desetiletí ve stínu vývoje tokamaků, a proto je znalostí v této oblasti velmi málo. Ojedinělý stelarátor W7-X byl zprovozněn teprve v roce 2015 a do vědeckého provozu byl uveden nedávno, v roce 2022. Dosavadní výsledky nenaznačují žádné problémy, ale jde o novou fyziku, jejíž prozkoumání vyžaduje čas. Zatímco tokamaky dosáhly udržení fúzních reakcí o vysokém fúzním výkonu již v devadesátých letech minulého století, stelarátory to teprve čeká.
Jednou z hlavních technologických inovací nového stelarátoru je použití vysokoteplotních supravodičů REBCO. Tyto supravodiče umožní zvýšit magnetické pole a díky tomu dosáhnout vysokého fúzního výkonu reaktoru při relativně malých rozměrech zařízení. Stejnou inovaci nabízí i řada jiných firem, avšak problémem vysokoteplotních supravodičů je dosud nepřipravená technologie výroby magnetických cívek. Supravodiče REBCO jsou tvořeny keramickým materiálem, který je obtížné ohýbat a velmi obtížné spojovat se zachováním supravodivosti. Proto musí být nejprve dopracovány a otestovány metody použití těchto supravodičů.
Častou otázkou je, zda jsou pro elektrárny lepší tokamaky nebo stelarátory. Odpověď je snadná: v současnosti jsou to tokamaky. Důvodem je, že stelarátory dosud ani zdaleka nedosáhly výsledků srovnatelných s tokamaky. Tokamaky jsou připraveny pro integraci do elektráren, zatímco stelarátory jsou ve fázi fyzikálního výzkumu. Na druhou stranu ale mají stelarátory oproti tokamakům důležité výhody. Protože v jejich plazmatu neteče elektrický proud, je plazma stabilnější a netrpí nestabilitami, které v tokamacích elektrický proud vyvolává. Stelarátory také mohou na rozdíl od tokamaků běžet nepřetržitě, protože elektrický proud nepotřebují indukovat. Díky těmto výhodám by byly stelarátory pro elektrárny vhodnější.
Aby stelarátory dohonily tokamaky, musí úspěšně projít ještě řadou testů, z nichž hlavními jsou prokázání dlouhodobé stability plazmatu na termojaderných teplotách, prokázání stability plazmatu při vysokém fúzním výkonu a prokázání schopnosti kontinuálního čistění plazmatu. V případě tokamaků tyto testy proběhnou na dokončovaném reaktoru ITER, který má za cíl demonstrovat technickou realizovatelnost energetického tokamaku. Pokud stelarátory těmito testy také úspěšně projdou, budou pro tokamaky tvrdou konkurencí. Převážná část technologií vyvinutých v rámci fúzního výzkumu bude použitelná pro oba typy reaktorů, takže nic nebude stát v cestě výstavbě fúzních elektráren se stelarátory.
Je zřejmé, že realizace projektu Stellaris nebude snadná a představuje velkou výzvu, jak vědeckou, tak finanční. Avšak na projektu se podílí přední fúzní výzkumné organizace a projekt vychází ze špičkového experimentálního i teoretického výzkumu. Proto je riziko neúspěchu mnohem menší než v případě nejrůznějších alternativních projektů soukromých firem. Výsledky projektu přitom budou mít vysoký přínos pro celý fúzní výzkum.
Video: Proxima Fusion
Video: Úvod do jaderné fúze, ZČU 2024
Video: Alternativní koncepty, ČVUT FEL 2022
Video: Jak funguje tokamak
Kdy se bude jaderná fúze využívat pro výrobu energie?
Autor: Vladimír Wagner (03.12.2008)
Evropský fúzní reaktor JET
Autor: Karel Červenka (17.01.2017)
Podrobné informace o dosažení inerciálního zapálení fúze v zařízení NIF
Autor: Vladimír Wagner (26.08.2022)
Rekordy zařízení JET a dalších tokamaků – současný stav fúze
Autor: Vladimír Wagner (21.02.2024)
Rekordní výsledky ve výzkumu jaderné fúze
Autor: Slavomír Entler (25.04.2024)
Jaderná fúze: nový harmonogram dokončení reaktoru ITER
Autor: Slavomír Entler (08.07.2024)
Jaderná energie a demokracie
Autor: Vladimír Wagner (11.07.2024)
Diskuze:
Vysokoteplotní supravodiče
Pavel A1,2025-03-01 17:39:17
Proč u každého článku o jaderné fúzi čtu, že magnety z vysokoteplotních supravodičů jsou velkou neznámou, velkým rizikem a nikdo neví, jak je vyrobit, když na LHC se rutinně využívají již několik let a produkují se téměř průmyslově? Stejně tak se v CERNu magnety z vysokoteplotních supravodičů využívají i v mnoha dalších experimentech. To je tak silná informační bariéra mezi jednotlivými týmy fyziků a konstruktérů?
Re: Vysokoteplotní supravodiče
Slavomír Entler,2025-03-01 20:18:46
LHC rutinně využívá nízkoteplotní supravodiče, stejně jako nové tokamaky. Vysokoteplotní supravodiče HTS jsou použity pouze pro některé přívody cívek z nízkoteplotních supravodičů a pro výzkum. Rovné a jednoduché tvary je možné z HTS vyrobit, avšak je problém z HTS vyrobit magnetické cívky s mnoha závity - to zatím nikdo nedokázal.
Re: Re: Vysokoteplotní supravodiče
Pavel A1,2025-03-01 23:05:06
Pokud se nemýlím, tak z vysokoteplotních supravodičů jsou na LHC některé oktupólové cívky pro fokusaci svazku do bodu interakce. V HL-LHC se plánuje jejich mnohem vyšší užití, prototypy už byly vyrobeny a otestovány.
Vyrábí se tak, že se cívka namotá z keramiky před vypálením, kdy je ještě tvárná, pak se vypálí, čímž se stane supravodivou, a pak prochází několika "trénovacími" cykly, při kterých se odstraňují defekty v krystalové mřížce bránící supravodivosti.
Ano, i tyto cívky z vysokoteplotních supravodičů poté chladí na 2K, ale to je proto, že při klesající teplotě roste kritický proud, po jehož dosažení ztratí supravodivost.
Re: Re: Re: Vysokoteplotní supravodiče
Slavomír Entler,2025-03-03 07:58:31
Děkuji za informaci, víte více než já. Nemáte nějaký odkaz na podrobnější informace k již vyrobeným HTS cívkám?
Hodně mě to zajímá, protože ve fúzi výroba HTS cívek zatím selhává. Včetně spin-outu MIT CFS, který vyvíjí reaktor SPARC. Bylo by užitečné vědět, kde je kritický rozdíl.
Ekonomika provozu?
Jan Plavec,2025-03-01 10:50:59
Existují nějaké studie, jaká bude ekonomická bilance těchto elektráren? Jestli jsou náklady obdobné jako u jaderných elektráren, tak by mohl být obdobný problém s jejich financováním. A docela by mě zajímala životnost fúzních elektráren. Vypadá to, že namáhání těch materiálů je tam enormní.
Re: Ekonomika provozu?
D@1imi1 Hrušk@,2025-03-01 11:22:25
Jak chcete hodnotit ekonomickou bilanci, když se vývoj zatím nedostal ani k designu prototypu? To si lze leda tak cucat čísla z prstu.
Ale vzhledem k technickým překážkám tipuji, že to minimálně ještě dlouhá desetiletí bude dražší zdroj energie než štěpné elektrárny.
Re: Ekonomika provozu?
Slavomír Entler,2025-03-01 20:27:25
Existují ex-ante studie, které ukazují, že první fúzní elektrárny budou dražší, než podobné jaderné elektrárny, přičemž velká část nákladů ale bude souviset s riziky first-of-a-kind zařízení a bude technologického charakteru. Proto bude možné optimalizací jednotlivých technologií relativně rychle tuto cenu snížit pod cenu jaderných elektráren.
Financování nijak nesouvisí s typem elektrárny, takže problém bude obdobný.
Životnost elektrárny bude 40 až 60 let jako u jaderných elektráren. Vysoká zátěž bude řešena průběžnou výměnou komponent jaderné zóny reaktoru.
Zubik1000cz Neznámé,2025-03-01 08:47:57
Občas mi přijde, že peníze drží lidé, co nemají žádnou vizi do budoucna. Prostě jak to nemá okamžitou návratnost, je to "špatně". Kde jsou lidi jako Elon, kteří vidí do budoucna a chápou, že je nutné pracovat na něčem, co může sice na vývoj trvat déle, ale je to důležité? A možná ještě víc než aktuální věci co máme?
Re:
D@1imi1 Hrušk@,2025-03-01 10:38:29
"peníze drží lidé"
- Tak to by měl přijít nějaký uvědomělý komunista, ty peníze jim sebrat a přidělit je vyvoleným ;) Nebo co konkrétně navrhujete?
S tím Muskem je to složitější:
1. On si napřed peníze na svoje podnikání vydělal skrze projekty s krátkou návratností, o kterých mluvíte. Miliony dolarů nerostou na stromech. Buď si je vyděláte návratnou investicí, někdo Vám je daruje a nebo je někomu musíte vzít.
2. U Muska zdaleka nejde o to, že investuje do dlouhodobých vizí. On zároveň umí ze svých lidí vyždímat maximum potenciálu (v dobrém i špatném smyslu). Na jednu stranu ve svých firmách vytváří mimořádně nebyrokratické, kreativní prostředí, což má pozitivní vliv jak na efektivitu firmy, tak na motivaci zaměstnanců. Na druhé straně od svých lidí očekává totální nasazení, které by v Evropě bylo naprosto nelegální. Velká část jeho lidí končí se syndromem vyhoření, přestože pracují na vzrušujících projektech snů. Kdo chce žít i soukromý život, měl by na práci pro Muska zapomenout.
3. Musk i Bezos vyvíjejí rakety. Bezos měl od začátku lepší finanční zázemí díky trvale prosperujícímu Amazonu. Dosud lil do Blue Origin snad 2 miliardy dolarů ročně. Přesto je SpaceX jednoznačně úspěšnější. Nejde totiž zdaleka jen o investovaný kapitál, ale o odlišný přístup (viz předchozí odstavec).
Prostě ty věci jsou složitější a nejsou černobílé. Americkou "měsíční" raketu Saturn V vyvíjel Němec, který za 2. světové války využíval práci totálně nasazených vězňů v podzemních továrnách na výrobu dílů pro V2, které pak Němci stříleli na Londýn. ITER je nepružný, neplní časové ani finanční limity, na druhou stranu jsou to asi lépe investované prostředky než podpora občasných zdrojů elektřiny a neprodukuje armádu vyhořelých inženýrů. A pořád u něj probíhá posun vpřed, byť pomalý. A v současnosti do fúzního vývoje možná nejvíce investuje totalitní Čína. (Kdo chce černobílý svět, má smůlu.)
Re:
Slavomír Entler,2025-03-01 20:35:30
Ano, ale taková je dnes doba. Řada soukromých firem slibuje postavení fúzní elektrárny za 5, za 10 let jen proto, aby si zajistili financování vývoje svého konceptu. Pokud jde firma na jednání s investičními fondy s tím, že postaví fúzní elektrárnu za 20-30 let, což je racionální, tak žádné peníze nedostane. Řešením je financování z veřejných peněz. To je ovšem vždy omezené, takže nemusí být dostatečné.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
