|
[[Soubor:Tcv int.jpg|náhled|Vnitřek tokamaku]]
[[Soubor:Tokamak_fields_lg.png|náhled|schéma tokamaku]]
'''Tokamak''' je zařízení, vytvářející [[toroid]]ální [[magnetické pole]], používané jako [[magnetická nádoba]] pro uchovávání vysokoteplotního [[plazma]]tu. Slovo pochází z [[ruština|ruštiny]], kde Токамак je zkratkou popisu '''то'''роидальная '''ка'''мера с '''ма'''гнитными '''к'''атушками" (''toroidní komora v magnetických cívkách''). Myšlenka tokamaku se zrodila v 50. letech [[Igor Jevgeněvič Tamm|Igorem Jevgeněvičem Tammem]] a [[Andrej Sacharov|Andrejem Sacharovem]]. Dnes se tokamaky považují za jednu z nejnadějnějších cest k realizaci řízené [[termonukleární fúze|jaderné fúze]]. Další možností je například [[Stelarátor|stellarátorstelarátor]].
== Úvod do termojaderné fúze ==
{{podrobněPodrobně|Termonukleární fúze}}
Termojaderná fúze je proces, při kterém se slučují lehčí [[atomové jádro|jádra]], vznikají jádra těžší a uvolňuje se [[energie]]. K jejímu dosažení je nutné, aby se reagující jádra přiblížila vzájemně natolik, že převládne jaderná síla přitažlivá nad elektrickou silou odpudivou. Aby částice překonaly odpudivou [[Coulombův zákon|Coulombickou]] bariéru (tedy aby se dostaly dostatečně blízko k sobě a převládly přitažlivé jaderné síly), musí se vzájemně srážet velkou rychlostí. Nejefektivnějším způsobem, jak toho dosáhnout, je ohřátí paliva na velmi vysokou teplotu. V pozemských podmínkách je z hlediska energetického využití nejvhodnější reakce [[deuterium|deuteria]] a [[tritium|tritia]] (těžký a supertěžký izotop [[vodík]]u). Při této reakci vzniká [[helium|jádro helia]] a [[neutron]]. Výše zmíněná reakce je nejvhodnější zejména z důvodu nejnižší potřebné "zápalné" teploty ze všech fúzních reakcí. Jedná se o teplotu 100 až 200 miliónů K. První podmínkou zvládnutí řízené termojaderné fúze je dosažení této teploty. Jakýkoliv materiál je při takto vysoké teplotě ve stavu [[plazma]]tu. Z toho vyplývá druhá podmínka pro úspěšné zvládnutí řízené termojaderné fúze – zabránit dotyku horkého plazmatu a stěny.
V 90. letech byla do plného provozu uvedena velká zařízení, tedy evropský tokamak JET (Joint European Torus) a americký tokamak TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor). Tyto tokamaky již dokázaly produkovat značné množství termojaderné energie. Např. JET produkoval fúzní výkon 16 [[Watt|MW]] po dobu 1 s. Jsou však stále příliš malé na to, aby vyráběly [[Elektřina|elektřinu]] ve velkém měřítku a navíc u obou těchto zařízení byla energie potřebná na vytvoření magnetického pole a ohřev plazmatu mnohem větší než vyprodukovaná fúzní energie. Nicméně i tak je z výsledků dosažených na těchto zařízeních zřejmé, že je z fyzikálního hlediska možné postavit fúzní [[Elektrárna|elektrárnu]] právě na principu tokamaku. Otázkou zůstává, zda je lidstvo již na dostatečné technologické úrovni k tomu, aby tuto elektrárnu dokázalo spolehlivě provozovat. Jedná se o vývoj materiálů pro vnitřní stěnu vakuové komory, která se bude v průběhu výboje občas dostávat do kontaktu s horkým plazmatem a bude také silně ozářena fúzními neutrony. V reaktoru budou muset být cívky vytvářející magnetické pole [[Supravodivost|supravodivé]]. Proto bude nutné vyvinout supravodivé systémy zatím nevídané velikosti. Demonstrátorem, který by měl skloubit všechny technologické a fyzikální požadavky na budoucí elektrárnu, bude právě budovaný tokamak [[ITER]] (International Thermonuclear Experimental Reactor). Ten by měl být uveden do provozu v roce [[2020]]. Pokud bude úspěšný, měla by být v roce 2040 až 2050 postavena první fúzní elektrárna.
== Projekt ITER ==
{{Podrobně|ITER}}
Roku 1985 navrhl Sovětský svaz nejdříve státům organizace EUROATOM a o několik týdnů později i USA vznik mezinárodního projektu, jehož výsledkem by bylo experimentální zařízení, které by bylo schopné napodobit podmínky budoucího termojaderného reaktoru. Roku 1998 byl projekt reaktoru dokončen a po dalších komplikacích byl roku 2001 dokončen redukovaný projekt.
V polovině 80. let minulého století začínala myšlenka na stavbu budoucí elektrárny nabírat reálnější podobu. Zároveň se ale ukazovalo, že vývoj a stavba experimentálního zařízení, které by bylo schopné napodobit podmínky budoucího termojaderného reaktoru, nebude levnou záležitostí. To byl jeden z důvodů, proč roku 1985 navrhl Sovětský svaz nejdříve státům organizace EUROATOM a o několik týdnů později i USA vznik mezinárodního projektu, jehož výsledkem by bylo právě takové zařízení. Po dvou letech jednání, během kterých se k projektu připojilo ještě Japonsko, byly domluveny podmínky, za kterých se bude reaktor s názvem ITER (International thermonuclear experimental reactor) vyvíjet a stavět. Roku 1998 byl projekt reaktoru dokončen. ITER znamenal obrovský kvalitativní skok ve vývoji termojaderných reaktorů. U ITERu mělo být dosaženo hoření termojaderné reakce (tzn. průběh reakce bez nutnosti vnějšího ohřevu). Zatím nejúspěšnější termojaderné zařízení, JET, produkovalo 65% dodávané energie. Fúzní výkon měl být 1500 MW. Například jeden reaktor jaderné elektrárny Temelín má elektrický výkon 1000 MW při tepelném výkonu 3000 MW. Proud plazmatem měl být 22 MA a objem vakuové komory měl být 2000 m<sup>3</sup>. Těmto vynikajícím parametrům však také odpovídala konstrukční cena 6 miliard dolarů. Roku 1998 USA prakticky zastavily civilní termojaderný výzkum, Rusko se potýkalo s dlouhodobou hospodářskou krizí, jeden z nejbohatších států Evropy, Německo, muselo financovat své sjednocení. USA nakonec od projektu ITER odstoupili a zbývající účastníci nebyli ochotni vložit do tohoto projektu potřebné prostředky. Proto nechali projekt ITER zredukovat na poloviční cenu tak, aby vědecké výsledky nového ITERu měly co nejbližší hodnotu předpokládaným výsledkům původního ITERu. Tak byl roku 2001 dokončen redukovaný projekt. V tomto zařízení se nepředpokládá, ale ani nevylučuje samovolné hoření termojaderná reakce. Měl by však vyprodukovat desetkrát více energie než bude spotřebováno na ohřev plazmatu. Termojaderný výkon by měl činit 500 až 700 MW, proud plazmatem by měl být 15 MA a objem vakuové komory 837 m<sup>3</sup>. Podrobná tabulka porovnávající parametry původního ITERu, dnešního ITERu a dnes největšího tokamaku světa, JETu, je umístěna na konci této kapitoly. Došlo také k rozdělení nákladu mezi zúčastněné strany. EU, která ITER nakonec postaví, zaplatí 45,5% z celkových nákladů 10 mld USD, zbylí partneři, tj. Indie, Čína, Rusko, Jižní Korea, USA a Japonsko zaplatí každý po 9,1 % nákladů.
V roce 2006 se po dlouhých a komplikovaných jednáních rozhodlo, že ITER bude stát v jihofrancouzské oblasti Cadarache. Rozhodnutí o místě stavby padlo až poté, co EU, Rusko a Čína prohlásili, že pokud ostatní partneři nepřistoupí na stavbu ITERu ve Francii, začnou tam stavět sami. Japonci nakonec nátlaku podlehli, poněvadž zjistili, že by jen s pomocí USA a Jižní Koreje nebyli schopni stavbu ITERu a dalších potřebných zařízení financovat. Jako ústupek EU souhlasila, že generálním ředitelem projektu ITER bude Japonec Kaname Ikeda. Dále budou v Japonsku postaveny další zařízení, jejichž výsledků bude projekt ITER využívat. Například půjde o projekt IFMIF, který má testovat odolnost materiálů pro první stěnu fúzního reaktoru, o evropskou podporu přestavby japonského tokamaku JT-60U nebo o superpočítač pro zpracování dat z ITERu.
VCelkem současné45,5% doběz secelkových ITERnákladů již10 stavímld aUSD provozhradí byEvropská mělunie; zahájitzbylí vpartneři, roce 2020tj. VIndie, prvníchČína, letechRusko, byJižní mělKorea, býtUSA používána jakoJaponsko náplňplatí vodíkkaždý nebopo deuterium. V této fázi by mělo být vyladěno udržení horkého plazmatu9,1 a měla by být k dokonalosti dovedena% komoranákladů. V roce 2026 by podle plánu měla být zahájena fáze, kdy bude používáno jako palivo deuterium a tritium. MělyBěhem této fáze, která by zdeměla býttrvat praktickytaké sledovány10 dopadylet, velkéhoby neutronovéhoměla zářeníbýt nazahájena různéstavba materiályprvní demonstrační termojaderné elektrárny DEMO. PodmínkyBude-li projekt DEMO úspěšný, kteréměly budouby vse ITERu,začít budouprvní podobnétermojaderné podmínkámelektrárny stavět okolo roku 2050, tedy právě v budoucídobě, termojadernékdy bude již docházet elektrárněropa.
Během této fáze, která by měla trvat také 10 let, by měla být zahájena stavba první demonstrační termojaderné elektrárny DEMO. Bude-li projekt DEMO úspěšný, měly by se začít první termojaderné elektrárny stavět okolo roku 2050, tedy právě v době, kdy bude již docházet ropa. Lithium na výrobu tritia by mělo stačit desítky tisíc let. Do té doby bude třeba postavit reaktory, které budou schopny pracovat pouze s deuteriem. Podle výpočtů by mělo deuterium jako palivo do termojaderných elektráren vydržet lidstvu déle než Slunce. Pokud se skutečně podaří postavit termojadernou elektrárnu, která bude schopna se slušnou účinností vyrábět z reakce deuterium-deuterium energii, má lidstvo o zdroj energie postaráno.
== Tokamaky v Česku ==
{{Autoritní data}}
{{Portály|Fyzika}}
[[Kategorie:Fúzní reaktory]]
|
