Termojaderná elektrárna - naše energetická naděje?

Dne 5. května 1951 podepsal Stalin rozhodnutí Rady ministrů SSSR č. 1463-732 pod názvem "Výzkumy zaměřené na objasnění možnosti konstrukce magnetického termonukleárního reaktoru". O 50 let později 30. ledna 2003 oznámil G. W. Bush, že Spojené státy se připojují k mezinárodnímu projektu ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Zatímco Stalinův podpis na vůbec prvním vládním dokumentu na světě týkajícího se termojaderné fúze znamenal posvěcení práce, na jejímž konci bylo experimentální zařízení tokamak, Bushovo rozhodnutí usnadnilo cestu mezinárodního projektu největšího tokamaku na světě. Na konci by měla být termojaderná elektrárna.

VRCHOL LIDSKÉHO ROZUMU A DOVEDNOSTI

V současné době je jedinou alternativou ke stávajícím tepelným či jaderným elektrárnám elektrárna termojaderná. Co se týče výkonu je bez konkurence a co se týče ostatních parametrů směle soutěží s tzv. alternativními energetickými zdroji. Je ekologicky čistá, bezpečná a zásoby surovin stačí do "konce" civilizace. Termojaderná elektrárna má jeden závažný nedostatek. Dosud žádná taková nebyla postavena a nejbližší termín jsou 30. či spíše 50. léta tohoto století. Jeden z absolutních vrcholů lidského rozumu a dovednosti, kterým jistě v budoucnu termojaderná elektrárna nebo v dohledné době ITER bude, není jak by se zdálo výsledkem toliko suše racionálního myšlení, nýbrž se v jeho historii objevuje i pověstné mávnutí křídel motýla kdesi na ostrově ztraceném v nekonečném oceánu. A tak pouze ten, který ví všechno, by dokázal poskládat kamínky jednotlivých událostí do mozaiky současného obrazu. Například zmíněné Stalinovo rozhodnutí uspíšil argentinský prezident Juan Peron, když 25. března 1951 ohlásil úspěšnou demonstraci řízené termojaderné reakce. Mělo se tak stát pod vedením německého fyzika Ronalda Richtera v tajné laboratoři na ostrově Hewmall. Stejnou paniku jako v Kremlu způsobil Peron i v Bílém domě. Pochopitelně, že tvrzení z Argentiny nebylo pravdivé. Darovalo však výzkumu termojaderné fúze silný impulz. Klikatá cesta plná zdánlivě slepých, nicméně stále neprozkoumaných odboček, nakonec zavedla k cíli - k zařízení zvanému tokamak.

NÁZEV TOKAMAK

je zkratkou z roku 1957: TOroidalnaja KAmera i MAgnitnyje Katuški. Myšlenka magnetického udržení autorů A. D. Sacharova a I. E. Tamma pochází z roku 1950 a byla vyprovokována dopisem obsahujícím návrh termojaderného reaktoru. Dopis napsal seržant Rudé armády O. L. Lavrentěv (1926) sloužící na Sachalinu. Navrhoval žhavé plazma izolovat od pevných stěn reaktoru elektrostatickým polem a své myšlence věnoval prakticky celý život v charkovském Fyzikálně technickém ústavu. Apropos - žhavé plazma!? Termonukleární reakce má šanci pouze je-li palivo -izotopy vodíku - ve stavu plazmatu -ionizovaného plynu. V roce 1985 na summitu v Ženevě přednesli zástupci bývalého SSSR návrh na stavbu tokamaku nové generace, na kterém by se podílelo mezinárodní společenství. O rok později se spojili diplomaté s odborníky a pod záštitou Mezinárodní atomové agentury (IAEA) nabyla spolupráce SSSR, Spojených států, Evropské unie a Japonska konkrétních rysů. Světlo světa spatřil detailní návrh spolupráce - Conceptual Design Activities (CDA) pro ITER. CDA začal fungovat v roce 1988 a byl dokončen v prosinci 1990. Zajímavé bylo, že informace z ukončeného CDA byly dostupné jak čtyřem přímým účastníkům, tak všem členským státům IAEA, které je mohly využívat ve svých vlastních výzkumných programech i v mezinárodní spolupráci. Při práci na CDA se potvrdila velmi důležitá skutečnost - zúčastněné země jsou schopny se domluvit a podřídit společnému cíli - realizaci ITER. Což byla velmi důležitá informace pro politiky, neboť to byli pochopitelně oni, kdo rozhodovali o financování nesmírně náročného úkolu. V tomto okamžiku se do práce na CDA zapojilo prostřednictvím Ústavu fyziky plazmatu ČSAV i Československo. Trojice fyziků předložila zprávu o šíření dolnohybridních elektromagnetických vln za přítomnosti alfa-částic. V roce 1992 byla opět pod patronací IAEA ve Washingtonu DC podepsána Dohoda, na základě které nahradil ukončený CDA - dokument nový - Engineering Desing Activities (EDA) pro ITER. Prostřednictvím Evropské unie se připojila Kanada a prostřednictvím tehdy již Ruské federativní republiky se zapojil Kazachstán. EDA se plánoval na 6 roků, během kterých se čtyři státy dohodly společně a na základě rovnosti dokončit podrobný, úplný a zcela integrovaný technický návrh se všemi daty potřebnými pro další rozhodnutí o konstrukci ITER. Šest let usilovné práce vědců nejen čtyř smluvních partnerů vyvrcholilo v červnu 1998 schválením závěrečné zprávy ITER Finál Design Report (FDA), rozpočtové zprávy Cost Review a zprávy o bezpečnostních rizicích Safety Analysis. FDR byla světová premiéra prvního úplného návrhu fúzního reaktoru vycházejícího z posledních poznatků vědy a techniky. Návrh obsahoval všechny předpokládané cíle ITER -především předvést vědeckou a technickou dostupnost a použitelnost fúzní energie pro mírové účely. Pak přišla studená sprcha. Postupně se ukázalo, že projekt tak, jak ho formuloval FDA, je natolik finančně náročný, že je nutná redukce. V kritických okamžicích se pozná životaschopnost jakéhokoli projektu a ITER nebyl výjimkou. Zúčastněné týmy nepropadly depresi a komise Speciál Working Group (SWG) doporučila generálnímu řediteli ITER aby náklady při možném zachování vědeckých a technických cílů byly sníženy na polovinu. Původně plánovaný výkon 1500 MW byl redukován na třetinu, to je na 500 MW a výška zařízení snížena o dva metry - z osmi na šest metrů. Pokud by to bylo jako s novinářským článkem, jehož první verze se nikdy nevejde do připraveného místa a zkrácený nakonec vyzní lépe než originál, pak k žádné újmě nedošlo. Nový ITER přijal název Next Step, ale ukázalo se, že název ITER již zapustil kořeny, a tak projekt dále funguje pod původním názvem -ITER. Platnost dokumentu EDA byla v důsledku změn prodloužena od června 1998 do července 2001. Ovšem nebyl všem zlým dnům konec. USA ztratily v projekt důvěru a počínaje rokem 1999 od něj odstoupily. Z hlediska financování i vědeckého přínosu to byla značná ztráta. Lidé kolem ITER na chvíli jakoby zapochybovali o smyslu svého konání a pověřili skupinu SWG aby zhodnotila současný stav poznání s ohledem na jiné cesty k řízené termojaderné reakci. Na druhé straně nikdo ani na chvíli nezapochyboval o nutnosti problém řízené termojaderné fúze vyřešit. SWG se dala do práce a s chladným rozumem dospěla k závěru, že zvolit strategii per partes - to je jednotlivé otázky zkoumat na menších stávajících nebo nových skromnějších experimentálních zařízeních - by znamenalo jednak ztrátu nejméně l O let a především při integraci dosažených výsledků překročení současných nákladů na ITER. SWG potvrdila i to, že další vývoj poznání termojaderné fúze potřebuje vědeckou a technickou způsobilost demonstrovat experimentálně. Zdůraznila, že kritické bude poznání jak se vysokoteplotní plazma bude chovat při uvolnění značného množství energie a při stavu blízkém ustálenému. Předpokládaný termojaderný výkon l 0krát větší než výkon udržující termojadernou reakci v běhu a studium ustáleného stavu při 50% nákladech oproti původnímu rozpočtu, splní původní cíle. Přínos vědeckému thesauru a technologickým zkušenostem je nezpochybnitelný. Konečně, a to je důležité - současný stav vědy a techniky je schopen se vypořádat i s takovým soustem, jako je ITER. A tak začaly práce na novém návrhu, který měl uspokojit jak fyziky, tak investory. Podrobný rozpis nákladů se vypracoval s ohledem na možnosti průmyslu jednotlivých zemí. Inovovaný dokument EDA byl předložen ke schválení v červenci 2001, ale mezitím už v červnu 2001 nabídla Kanada místo pro stavbu ITER. Tento krok signalizoval lepšící se zdraví pacienta, neboť země, která přijme ITER se bude podílet 25 % na celkových nákladech, zatímco ostatní pouze 10 %. Zájem o ITER začal růst. Na konci roku 2002 už byly čtyři zájemci o umístění ITER: vedle kanadského Claringtonu, ke kterému ve světle konkurence přidala Kanada později ještě město Bruče, to byly japonské Rokkashomura, francouzské Cadarache a španělské Vandellós. Proč najednou taková strkanice? Především současný projekt se zdá ekonomicky zvládnutelný a země, která uvítá impozantní experimetální zařízení na svém území, má vedle nových pracovních míst zajištěný přísun špičkových technologií a znalostí - což je penězi nevyčíslitelná hodnota.

KONEČNÉ ROZHODNUTÍ

o místě stavby by mělo padnout do konce první poloviny letošního roku. Práce podle dokumentu EDA skončily, stejně tak práce podle jeho následníka - dokumentu Coordinated Technical Activities (CTA). V současné době je v platnosti dokument nazvaný ITER Transitional Agreemet, který by měl projekt dovést k podpisu zásadního dokumentu ITER Joint Implementation Agreement nutného pro založení právnické osoby ITER International Fusion Energy Organization (IIFEO) sloužící ITER od prvního kopnutí základů stavby do jeho likvidace.Spojené státy koketovaly s myšlenkou znovupřipojení během roku 2002. Poblíž známého lyžařského střediska Aspenu se sešlo na 14den-ním (!!) rokování v červenci 2002 na 280 vědců zabývajících se ve Spojených státech řízenou termojadernou fúzí a jedním z jejich závěrů - doporučení pro obě komory amerického parlamentu - byla podpora připojení USA k projektu ITER. Dne 10. ledna 2003 o připojení k ITER požádala Čína. Její přihlášce předcházela návštěva technické delegace Mezinárodního týmu ITER koncem ledna ve výzkumných laboratořích a průmyslových podnicích v Pekingu, Hefei, Cheng-du a Xi'anu. Členové delegace byli svědky velkého nadšení a optimismu čínských vědeckých pracovníků plynoucí z možnosti připojit se k největšímu vědeckému projektu v lidské historii. Vedle Číny projevila zájem i Jižní Korea. USA si uvědomily, že dále váhat nemohou a při návštěvě kultovní Princeton Plasma Physics Laboratory tlumočil Spencer Abraham, ministr pro energii, 30. ledna 2003 dvěma stům padesáti vědeckým pracovníkům laboratoře a celému světu rozhodnutí prezidenta George W.Bushe: "Na osmém setkání států účastnících se projektu ITER 18. února 2003 v Petrohradě požádáme o znovu zapojení do projektu." Projekt ITER nabyl zatím nejostřejší kontury za celou svoji historii. Díky Asociaci EURATOM/IPP.CR, kterou jsme podepsali s Euratomem v roce 1999, se na projektu ITER podílí i Česká republika. Například Ústav fyziky plazmatu AV ČR připravuje speciální Hallovu sondu pro měření stacionárních magnetických polí ITER.

Zdroj: Technický týdeník, Ing. Milan Řípa, CSc., Ústav fyziky plazmatu AV ČR