Čeští vědci se podíleli na vývoji ochrany v zařízeních jaderné fúze

Vědci z Česka se podíleli na vývoji „super termostatu“ v zařízeních pro jadernou fúzi. Nový systém v reálném čase měří a řídí tok energie z plazmatu na součásti první stěny fúzního reaktoru. Právě udržení plazmatu o teplotě 100 milionů stupňů Celsia v určité vzdálenosti od stěn reaktoru patří mezi zásadní problémy na cestě k využití jaderné fúze. Ta by v budoucnu mohla být zdrojem stabilní a nízkoemisní energie. Akademie věd ČR (AV) dnes o projektu informovala ČTK v tiskové zprávě. Spolupracovali na něm odborníci z Ústavu fyziky plazmatu AV. Výsledky publikoval časopis Nature Communications.

V zařízení typu tokamak se podle vědců jako základní způsob ochrany využívají silná magnetická pole. Ta brání energetickým částicím plazmatu proudit z centra plazmatického výboje na stěnu reaktoru. Taková izolace však není dokonalá, nedokáže totiž zcela zabránit kontaktu plazmatu se stěnami.

Působení plazmatu lze omezit vstřikováním plynných příměsí, například dusíku nebo argonu, k ochlazení okrajového plazmatu. Proces je však nutné přesně kontrolovat, aby nedošlo k ochlazení centra plazmatu a následné ztrátě podmínek pro hoření fúzní reakce. Izotopy vodíku totiž k tomu, aby mezi nimi mohlo dojít k fúzní reakci, potřebují právě zmíněných sto milionů stupňů.

Mezinárodní tým pod vedením vědců z institutu DIFFER v nizozemském Eindhovenu vyvinul zařízení MANTIS, které umožňuje sledovat vyzařování atomů uhlíku v plazmatu skrze vysokorychlostní kameru. Podle odborníků je v plazmatu malé množství uhlíku jako příměs a vydává záření při relativně nízkých teplotách odpovídajícím 50000 až 100000 stupňů Celsia. Právě znalost, jak daleko je oblast vyzařování od stěny tokamaku, umožní poměrně přesně určit, jestli je plazma v blízkosti první stěny reaktoru dost chladné, aby nedošlo k poškozování stěny reaktoru. V praxi pak systém vyhodnocuje obraz z kamery pomocí speciálně vyvinutých algoritmů 800krát za sekundu. Na základě určené polohy míst s vysokým vyzařováním pak reguluje přítok dusíku do okrajové části plazmatu.

Podle Michaela Komma z Ústavu fyziky plazmatu AV byl systém vyvinutý v Nizozemsku otestovaný na tokamaku TCV ve Švýcarsku pod vedením vědců z Velké Británie, Německa, Česka a dalších zemí. „Díky tomuto propojení je možné efektivně sdílet specifické know-how jednotlivých laboratoří a zároveň koordinovat aktivity nezbytné k úspěšné realizaci první fúzní elektrárny,“ poznamenal ke spolupráci Komm, jeden z vědeckých koordinátorů experimentů. Nový způsob kontroly vstřikování plynných příměsí do plazmatu by podle AV měl být, s určitou úpravou, využitelný i v budovaném Mezinárodním termonukleárním experimentálním reaktoru (ITER) na jihu Francie. Od tokamaku, budovaného poblíž města Cadarache, si odborníci slibují, že otevře cestu levné a bezpečné energii, která nezatěžuje životní prostředí. Zároveň bude vyvinutý systém využit i v novém tokamaku COMPASS-U, který roste v Ústavu fyziky plazmatu. Od roku 2023 nahradí stávající tokamak COMPASS.