Najväčší fúzny reaktor na svete ponúka nádej na čistú energiu

Najväčší svetový fúzny reaktor ponúka nádej na čistú energiu

Nový výkonný tokamakový reaktor vyrobený z ocele má za cieľ konečne dosiahnuť svätý grál výroby elektriny poháňanej jadrovou syntézou.

Hlboko vo francúzskom regióne Provence, ktorý bol vybraný pre svoje priaznivé geologické, hydrologické a seizmické podmienky, ako aj prístup k vode a elektrine, sa nachádza rozľahlé 180-hektárové zariadenie, v ktorom sa nachádza Medzinárodný termonukleárny experimentálny reaktor (ITER).

Tradičné elektrárne premieňajú teplo zo spaľovania fosílnych palív alebo jadrového štiepenia na paru, ktorá sa potom používa na otáčanie turbín, ktoré premieňajú mechanickú energiu na elektrinu. Obidve tieto metódy, hoci sú spoľahlivé zdroje energie, majú vplyv na životné prostredie prostredníctvom emisií alebo rádioaktívneho odpadu.

Ale čo ak existuje spôsob, ako produkovať toto teplo bez škodlivých vedľajších produktov? Toto je sen o fúznej energii, prebiehajúci experiment na výrobu obrovského množstva energie prostredníctvom atómovej fúzie.

Totožné s procesmi, ktoré poháňajú naše slnko, fúzia nastáva, keď sa dva atómy vodíka rozbijú a splynú do jedného atómu hélia. To generuje obrovské množstvo energie bez produkcie rádioaktívnych štiepnych produktov.

Vytvorenie tohto procesu predstavuje vážnu inžiniersku výzvu, pretože reakcie musia byť presne kontrolované v priestore, kde sa generuje obrovské množstvo energie.

Sila hviezdy v oceľovej klietke

V zariadení ITER prebieha výstavba najväčšieho tokamakového reaktora na svete. Srdcom tohto experimentálneho stroja, ktorý je založený na sovietskom modeli vyvinutom v 60. rokoch, je vákuová komora v tvare torusu.

Vákuová komora s hmotnosťou 5 200 ton a objemom 1 400 m³ je zďaleka najväčšia svojho druhu, čo fyzikom, ktorí ju obsluhujú, uľahčuje kontrolu reakcií potrebných na vytvorenie životaschopnej fúznej energie.

Experimenty ITER sa uskutočnia vo vnútri tejto oceľovej vákuovej nádoby, ktorá obsahuje fúzne reakcie a je hermeticky uzavretá, čím pôsobí ako primárna bezpečnostná bariéra. Tu je vodíkové palivo vystavené obrovskému teplu a tlaku, čím sa mení na horúci, elektricky nabitý plyn známy ako plazma.

Toto vákuové prostredie poskytuje radiačné tienenie a podporuje stabilitu plazmy, zatiaľ čo systémy chladiacej vody, ktoré cirkulujú medzi jeho dvojitými oceľovými stenami, bezpečne odvádzajú teplo generované, keď je reaktor aktívny. To je životne dôležité, pretože na fúziu sú potrebné teploty medzi 150 a 300 miliónmi stupňov.

Sila magnetických polí

Tvar donutu vo vnútri umožňuje časticiam plazmy vo vnútri neustále krúžiť bez toho, aby sa dotýkali stien. Táto superhorúca plazma je obsiahnutá a riadená v reaktore tokamaku magnetickými poľami produkovanými 10,000 tonami supravodivých magnetov.

ITER, ktorý je schopný produkovať silnejšie polia ako konvenčné magnety, keď sa udržiava pri teplotách -269 stupňov , používa „vysokovýkonné, vnútorne chladené supravodiče“, v ktorých sú supravodivé vlákna zviazané dohromady a obsiahnuté v plášti z konštrukčnej ocele.

Tento spôsob generovania magnetických polí je tiež lacnejší a energeticky menej náročný ako alternatívy, čo z neho robí jedinú životaschopnú možnosť pre masívne magnetické systémy potrebné na podporu fúznej energie.

Vákuová nádoba a jej supravodivý magnetický systém sú všetky obsiahnuté v kryostate ITER, ktorý poskytuje vákuový priestor s ultranízkou teplotou. S objemom 16,000 m³ je to najväčšia vysokotlaková komora z nehrdzavejúcej ocele, aká bola kedy postavená.

Extrémne teplotné rozdiely obsiahnuté v reaktore robia z nehrdzavejúcej ocele ideálnu voľbu. Vďaka svojej vysokej ťažnosti a húževnatosti je oceľ schopná udržiavať výkon pri vysokých a nízkych teplotách, čo z nej robí nenahraditeľnú súčasť ITER.

Keďže sa očakáva, že tokamak bude v prevádzke do roku 2025, fyzici jadrovej syntézy dúfajú, že to zmení hru na výrobu energie. Zatiaľ čo perspektíva takmer neobmedzenej čistej energie zostáva za horizontom, je jasné, že ak máme dosiahnuť komerčnú fúziu, bude to trvalá sila ocele, ktorá nám umožní využiť ju.