Spouštíme reaktor a je to napínavé! Červené světlo výstražně bliká, počítačový hlas nevzrušeně anglicky odpočítává od deseti k nule. Když dojde na konec číselné řady, zableskne se. Záblesk pochází z vysokoteplotního tokamakového plazmatu o teplotě stovek tisíc stupňů Celsia, která vznikla ve fúzním reaktoru. Tokamak se říká mu obecně, tento je známý pod označením Golem. Simulují se v něm procesy fúzních jaderných reakcí, které probíhají v nitrech hvězd.
Štěpení a fúzování
Současné jaderné elektrárny, třeba ty v Dukovanech nebo v Temelíně, využívají štěpné jaderné reakce. To znamená, že během řízeného procesu jsou nestabilní jádra uranu štěpena za vyzařování velkého množství tepla, které ohřívá vodu a ta je využívána k výrobě elektřiny. Fúzní jaderná reakce umí to samé, avšak s jediným rozdílem: Jádra se neštěpí, ale slučují.
Hvězda na zemi
Ve vesmíru nejde o nikterak ojedinělý ani komplikovaný jev. Probíhá prakticky neustále uvnitř všech hvězd včetně našeho Slunce. Jeho důsledkem je energetické záření, bez kterého by na naší planetě nebyl život. Nasimulovat ty samé hvězdné podmínky ve specializovaném přístroji v pozemských podmínkách, to už je přeci jen složitější. Tokamak ale sílu hvězdy dokáže spoutat do jedné zatočené trubice.
Peklo ve válci
Základ každého tokamaku tvoří dutý prstenec nazývaný toroid. Vypadá trochu jako záchranný kruh nebo dokola zatočená trubka. Jeho vnitřek je od okolního prostředí naprosto izolován, takže je z něj možné odčerpat vzduch. Do vakua jsou pak přivedeny izotopy vodíku: deuterium a tritium. Jeden jediný elektrický výboj jádra těchto izotopů ohromně zahřeje a ty se sloučí do nového prvku – helia. Při této reakci pak vzniká ionizovaný plyn neboli plazma dosahující teplot stovek milionů stupňů Celsia.
ABC TV: Navštívili jsme jaderný reaktor Golem! • Zdroj: ABC
Plazma není sranda
I když je vnitřní plášť toroidu přibližně jeden milimetr silný a obklopuje ho sekundární opláštění, při kontaktu s plazmatem by se zachoval jako papír, když k němu přiblížíte sirku. Proto jsou na prstenec nasazeny v pravidelných vzdálenostech velice silné elektromagnety, jejichž magnetická pole plazmu zatlačují doprostřed trubice. Udržují ji tak v bezpečné vzdálenosti od pláště. Rozpálený plyn uvnitř doslova levituje.
Tokamak nevydrží
Představa, že by fúzní reaktor dokázal vytvářet plazma dlouhé hodiny, dny a měsíce, je důvodem, proč se o tokamacích uvažuje jako o budoucnosti energetiky. Oproti štěpné reakci je fúze bezpečnější. Naopak poskytuje téměř zázračné možnosti. V jedné plastové láhvi o objemu 0,33 litru je tolik deuteria, že by společně s malou lithiovou baterií (zdroj tritia) fúznímu reaktoru stačil na pokrytí celoroční energetické spotřeby rodinného domu anebo na ujetí 30 000 kilometrů autem. Problém je, že v současnosti nejsou vědci a inženýři v tokamaku schopní udržet plazma o parametrech blížících se budoucímu reaktoru déle než pět sekund. A to ještě pouze na specializovaném spojeném evropském tokamaku JET ve Velké Británii.
Ábíčko a plazma
Experiment popsaný na začátku tohoto článku vyvolal v Golemovi plazma na 6,8 milisekundy. Jeho teplota byla kolem dvou set tisíc stupňů Celsia. Sílu elektrického výboje, množství plynu a sílu magnetického pole jsme nastavili v internetovém ovládání. Výsledky experimentu včetně fotografie plazmatu jsme hned po jeho ukončení nalezli v přehledné tabulce na internetu. (Jestli vás zajímá, podívejte se na adresu golem.fjfi.cvut.cz/shots/28581.)
Studentský golem
Právě internetové sdílení je hlavním účelem Golema. Připojují se k němu mladí vědci z celého světa a skrz zadávání parametrů pro uskutečnění fúzní reakce lépe pochopí, co se při ní děje. Pražského Golema již ovládali studenti z Thajska, Dánska, Francie nebo Německa a Itálie. Za posledních šest let tak proběhlo přes 2 000 experimentů zpoza hranic České republiky. Vzdělávání v oblasti jaderné energetiky je důležité: Ze studentských hlav mohou přijít nápady, jak fúzní reakce optimalizovat natolik, aby dokázaly vydržet dlouhou dobu. Možná k nim patříte a pak by vás měl zajímat.
