Domů
Elektroenergetika
Americký fúzní reaktor Alcator C-Mod zaznamenal důležitý rekord
Staveniště ITERu v roce 2013

Americký fúzní reaktor Alcator C-Mod zaznamenal důležitý rekord

Tokamak Alcator C-Mod vytvořil poslední den svého provozu rekord. V pátek 30. září ve 21:25 místního času vědci a inženýři z Centra fyziky plazmatu a fúze pod univerzitou MIT udělali skok kupředu na cestě k čisté energetice. Tým vytvořil nový světový rekord v hodnotě tlaku plazmatu uvnitř tokamaku Alcator C-Mod. Tlak plazmatu je klíčovým parametrem v produkci energie z jaderné fúze a MIT nyní dosáhl jako první na světě tlaku přes dvě atmosféry.

Ředitel Alcatoru a vedoucí vědecký pracovník Earl Marmar tyto výsledky prezentoval na konferenci o fúzní energetice Mezinárodní agentury pro atomovou energii v japonském Kjótu 17. října.

Jaderná fúze má potenciál produkovat téměř neomezené množství čisté, bezpečné a bezuhlíkové energie. Fúze je stejný proces, který také pohání Slunce a může být v současnosti realizována ve speciálním prostředí fúzních reaktorů formou ultrahorkých miniaturních plazmatických hvězd – přehřátého plynu, který je udržován uvnitř magnetického pole.

Již více než 50 let víme, že je možné vytvořit fúzi i na zemském povrchu. Plazma musí být velice horké (více než 50 miliónů stupňů Celsia) a musí být stabilní pod značným tlakem a ve formě pevného svazku. Vytvoření stabilní fúze závisí na třech hlavních faktorech: hustota plazmatických částic, doba jeho udržení a jeho teplota. Nad těmito hodnotami visí ještě poměr množství vyrobené energie ku energii potřebné pro uskutečnění fúze.

Tlak představuje asi 2/3 celého problému. Množství vyprodukované energie roste se čtvercem tlaku – tedy dvojnásobné zvýšení tlaku vede k čtyřnásobnému množství vyprodukované energie.

Za svých 23 let provozu dosáhl reaktor tokamaku Alcator C-Mod opakovaného pokoření rekordů v tlaku plazmatu uvnitř magnetického pole. Předchozí rekord 1,77 atmosféry byl dosažen v roce 2005 (také v Alcatoru C-Mod). Nový rekord 2,05 atmosféry je 15% navýšením dosavadního maxima. Při tomto tlaku překročila teplota plazmatu 35 miliónů stupňů Celsia, což je přibližně dvakrát více než teplota ve středu Slunce. V plazmatu proběhlo přes 300 biliónů fúzních reakcí za sekundu a centrální magnetické pole dosáhlo síly 5,7 tesla. Tento proces dokázal vytvořit elektrický proud o síle 1,4 miliónů ampérů a tepelný výkon o hodnotě 4 megawattů. Reakce vznikla v objemu zhruba jednoho metru krychlového a plazmatický oblouk vydržel po dobu 2 vteřin.

Ostatní fúzní experimenty provedené v reaktorech podobných Alcatoru jsou schopny podobných teplot plazmatu, ale při tlacích okolo jedné atmosféry. Výsledek vědců z MITu překonal nejvyšší dosažený tlak v ostatních fúzních reaktorech o 70 %.

Přestože přínosy Alcatoru C-Mod jsou v oboru výzkumu fúze nesporné, rozhodlo americké ministerstvo energetiky o ukončení financování tohoto projektu kvůli značným výdajům na projekt ITER. Podle rozhodnutí amerického kongresu bylo financování Alcatoru obnoveno na tři roky a k jeho ukončení došlo 30. září 2016.

Výstavba sklepních částí ITERu. Fotografie z 22. března 2016; Zdroj: ITER
Výstavba sklepních částí ITERu. Fotografie z 22. března 2016

„Jedná se o významný úspěch, který poukazuje na vysokou úspěšnost programu Alcator C-Mod na MIT“, tvrdí Dale Meade, bývalý zástupce ředitele laboratořích plazmové fyziky na Princetonské univerzitě, který do experimentů nebyl přímo zapojen. „Rekord tlaku plazmatu potvrzuje metodu udržování horkého plazmatu v magnetickém poli jako atraktivní cestu pro praktické využití fúzní energie.“

„Tento výsledek potvrzuje, že vysokých tlaků hořícího plazmatu může být nejlépe dosaženo v silném magnetickém poli tokamaků, jako je například Alcator C-Mod,“ říká Riccardo Betti, profesor strojního inženýrství, fyziky a astronomie na Univerzitě v Rochesteru.

Alcator C-Mod je světově jediný kompaktní fúzní reaktor s vysokomagnetickým polem a pokročilým tvarováním v designu tokamak (jde o přepis ruského slova pro „toroidní komoru“), kde dochází k udržování přehřátého plazmatu uvnitř komory ve tvaru donutu pomocí silného magnetického pole – o síle až 8 tesla, neboli síle rovnající se 160 000 násobku síly magnetického pole Země. Toto magnetické pole umožňuje vytvořit husté horké plazma a udržet je stabilní při teplotě více než 80 miliónů stupňů. Toto magnetické pole je více než dvakrát silnější než pole v ostatních tokamacích podobného designu.

Státy podílející se na jednotlivých částech ITERu; Zdroj: ITER
Státy podílející se na jednotlivých částech ITERu

Nový tokamak ITER budovaný ve Francii bude mít přibližně 800krát větší objem fúzní komory než Alcator C-Mod, ale bude pracovat se slabším magnetickým polem. ITER předpokládá dosažení tlaku plazmatu o velikosti 2,6 atmosfér a podle nedávné zprávy vydané ministerstvem energetiky bude připraven k plnému provozu v roce 2032.

Pro pochopení užitečnosti designu Alcatoru C-Mod pro výrobu elektrické energie lze zmínit projekt skupiny odborníků na fúzi z MIT na nové vysokoteplotní supravodiče, který umožní vytvořit silnější magnetické pole při snížení spotřeby elektrické energie nebo vyprodukovaného tepla. Tyto supravodiče jsou hlavní součástí pilotního projektu výstavby ARC reaktoru (Affordable, Robust, Compact), který by dokázal generovat 250 MW elektrického výkonu.

Vědci, studenti a členové týmu okolo tokamaku Alcator C-Mod dnes (20. října) od 13:00 EDT (19:00 našeho času) budou diskutovat o tématu fúzních reaktorů v diskuzi s podtitulem „Zeptejte se na cokoliv“ na portálu Reddit.

Zdroj použitých fotografií: ITER

Mohlo by vás zajímat:

Komentáře(6)
C
21. říjen 2016, 20:36

Tak konečně, možná bz stálo zato zkusit vzít ty peníze co se mají utratit za Dukovany nebo Temelín a zkusit získat licence na výstavbu pro ČR, mimochodem je i projekt ARIES-CS.

Myslím že investovat do tohoto by bylo lepší než do jaderných elektráren.

Mikeš
22. říjen 2016, 00:36

Tohle je furt takový plácání.. Jasně postavit to tu můžem ale s to s tim? Nalejt do toho miliardy reálně žádnej zisk.. Asi si neuvědomujete že tohle je opravu "základní" výzkum.. ne ověřená a fungující jako technologie štěpení. Postavit fúzní elektrárnu bude trvat určitě desítky let a bude to stát opravdu hodně peněz a kdy si myslí že ta energie bude opravdu čistá tak by si měl nastudovat co ta fúze produkuje. Ono totiž palivo shoří na nějaký helium, ale při tom unikne neutron, který naaktivuje celé zařízení. až se bude elektrárna rozebírat nebude to o moc větší výhra než při současných JE.

C
22. říjen 2016, 01:55

No ono to nevyjde dráže než solar dovdop, respektive by to bylo dokonce levnější, pokud jsme se pustili do něčeho co má roční výtěžnost na úrovni té asi 250MW elektrárny, pak v tom nevidím moc rozdíl. Mimochodem při požadované ceně za proud z Temelína 2700Kč/MWh a koeficientu využití 0.8 by nás ročně stál asi 37mld, pokud má být opravdu na 20 let, pak je to 740mld. (To je trochu dost víc než se uvádí jako stavební náklady)

Myslím bude lepší utratit nějakých asi 350mld (+-cena ITERu, který, by měl, teoreticky, umět 500MW (tedy asi 150MWe kdyby měl turbínu), s tím že se utopí pár dalších mld na PPE, na základní výzkum, než jej nechat se pomalu vléct na nic moc velkém mezinárodním financování a

dohodách se všemi negativy kolem toho.

Tato oblast je totiž neskutečně podfinancovaná, ostatně to je tu psáno i na tom redditu. Přijde mi neskutečně děsivé že země s nějakými 10 miliony lidmi by byla schopná sehnat finance na stavbu stroje jako je ITER sama.

Pokud se dobře pamatuji, tak se jednak počítá s vnitřními obálkami z lithia, které se při aktivaci má přeměnit na tritium, které se spálí v reaktoru a jednak takové aktivované materiály mohou mít krátký poločas rozpadu, z hlavy si je nepamatuji, ale bavíme se tam o řádech vteřin až nejhůře měsíců, ale přesně to bude záležet na tom z čeho bude.

Šimon Zimák
22. říjen 2016, 11:40

To překládáte z angličtiny co? :D "roste se čtvercem tlaku" mělo by tam být "roste s druhou mocninou tlaku"

Michal Hejsek
22. říjen 2016, 16:38

Mě spíš irituje ta atmosféra, tu přece už nepoužívají snad nikde.

Jakub Kuljovský
23. říjen 2016, 13:22

Kdepak i v Česku se říká čtverec tlaku. Používají to všichni od chemických středních po matfyz.

Komentáře pouze pro přihlášené uživatele

Komentáře v diskuzi mohou pouze přihlášení uživatelé. Pokud ještě účet nemáte, je možné si jej vytvořit na stránce registrace. Pokud již účet máte, přihlaste se do něj níže.

V uživatelské sekci pak můžete najít poslední vaše komentáře.

Přihlásit se