ROZHOVOR | V Praze vznikne světově ojedinělý fúzní reaktor, říká ředitel Ústavu plazmatu AV ČR

ROZHOVOR – Na půdě Akademie věd České republiky vznikne tokamak, který bude jako jediný na světě schopen generovat podobné toky energie jako budoucí fúzní reaktory. O spolupráci mají zájem světové velmoci. V budoucnu by se podle Radomíra Pánka, který je ředitelem Ústavu plazmatu Akademie věd ČR a místopředseda Fusion for Energy, mělo Česko ucházet o hostitelství projektu DEMO, který by přinesl tuzemskému trhu velké možnosti. Řekl to v poslední části rozhovoru pro EuroZprávy.cz.

Radomír Pánek je ředitelem Ústavu plazmatu Akademie věd ČR. V únoru tohoto roku se stal jedním ze dvou místopředsedů správní rady Evropského společného podniku Fusion for Energy. Organizace se sídlem v Barceloně zajišťuje evropskou část Mezinárodního termonukleárního experimentálního reaktoru ITER. Zároveň povede Technický poradní panel této rady.

Cílem projektu ITER je realizace monumentálního zařízení na výrobu „čisté a téměř nevyčerpatelné energie“ (tzv. tokamak), které má za cíl prokázat možnost výroby elektrické energie z termojaderné fúzní reakce. Toto experimentální zařízení, na jehož vybudování se v jižní Francii podílí celý rozvinutý svět, by již mělo produkovat výkon 500 MW.

Navíc Ústav plazmatu disponuje vlastním tokamakem COMPASS, ve kterém se vykonávají nejrůznější experimenty pro ITER i pro jiné projekty. I o něm jsme si povídali v prvních dvou částech rozhovoru.

Jak technologie tekutých kovů funguje a jak se dá využít v tokamacích?

Materiály, které jsou v tokamaku v kontaktu s plazmatem, musí snést extrémní toky energie. Nejvíce tepelně namáhanou oblastí je část nazvaná divertor. Materiály v této oblasti musí dlouhodobě snést podobné podmínky, jako by se nacházely na povrchu Slunce. ITER bude pro tento účel využívat bloky wolframu, který jako jediný materiál bude schopen náročné podmínky vydržet. Nicméně již dnes víme, že v DEMO a v komerčních fúzních reaktorech, kde budou panovat ještě náročnější podmínky, nebude možné využít ani wolfram a je nutné hledat nové řešení.

Jedna z velmi slibných možností využívá technologii tekutých kovů, lithia nebo slitiny lithia a cínu, které budou vzlínat skrz speciálně připravený porézní blok wolframu. Díky kapilárním silám vytvoří tekutý kov na jeho povrchu tenkou vrstvu, na kterou bude dopadat horké plazma a postupně ji odpařovat. Tato tenká vrstva tekutého kovu bude ale kapilárními silami neustále obnovována a nebude tedy docházet k degradaci materiálu, který je v kontaktu s plazmatem.

Tato metoda byla již testována v několika tokamacích ve světě, ale za výrazně méně náročných podmínek. Proto bude náš nový tokamak COMPASS-U díky svým parametrům evropské testovací zařízení pro vývoj a testy této technologie pro fúzní aplikace. O spolupráci s námi na tomto vývoji je také velký zájem ze strany USA i Ruska.

Dosavadní testy tekutých kovů byly tedy nejspíš pozitivní.

Ano, vypadaly poměrně slibně. V minulém a letošním roce jsme realizovali i několik sérií experimentů na našem nynějším tokamaku a ty dopadly dokonce lépe, než jsme čekali. Ukazuje se totiž, že plazma dopadající na tekutý kov vytvoří oblak vypařeného kovu před povrchem materiálu, který pomáhá ještě účinněji odstínit materiálu od plazmatu. Nicméně toto vše je třeba otestovat za co nejreálnější podmínek a k tomu bude sloužit náš nový tokamak COMPASS-U, který bude jako jediný na světě schopen generovat podobné toky energie jako budoucí fúzní reaktory.

Zkonstruovat tokamak, který ale bude schopen s touto technologií pracovat, je velká výzva. Například stěna vakuové komory musí stabilně pracovat na teplotě až pět set stupňů Celsia, aby tekutý kov nekondenzoval na stěnách. O pár centimetrů dále ale budou umístěny velké několikatunové cívky, které se musí chladit na teplotu mínus sto sedmdesát stupňů. Navíc celý tento systém o váze okolo tří set padesáti tun, který se při ohřívání nebo ochlazování na tyto teploty rozpíná a smršťuje, musí být stále dokonale centrovaný, a navíc snést extrémní elektromagnetické síly, které během experimentu působí.

Po inženýrské stránce je to velmi náročný úkol a o spolupráci na vývoji tohoto zařízení i na jeho budoucím využívání již projevilo zájem Ministerstvo energetiky USA, s kterým jsme podepsali před rokem smlouvu o spolupráci. Na jejím základě již existuje v Národní laboratoři v Princetonu skupina odborníků, která s námi spolupracuje na návrhu některých ze systémů našeho tokamaku.

Lidé podílející se na výzkumu se možná komerčního využití nedožijí

Kdo jsou všichni ti lidé, kteří na takovýchto projektech pracují? Podílí se na tom například i studenti nebo jde pouze o vědce?

Tokamak je velmi složité zařízení, na jehož návrhu, realizaci i provozu se musí podílet poměrně rozsáhlý mezinárodní tým odborníků. Výzkum termonukleární fúze má v České republice a v našem ústavu již padesátiletou tradici. V roce 1975 jsme instalovali náš první tokamak CASTOR dovezený z Kurčatovova ústavu ze Sovětského svazu. Ten s řadou vylepšení fungoval až do roku 2006, kdy započala instalace COMPASSu a CASTOR jsme tehdy věnovali Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT pro výuku studentů. V současné době se výzkumu fúze věnuje v rámci našeho ústavu tým více než sto odborníků s poměrně vysokým procentem zahraničních pracovníků. Na tomto pracovišti se také školí několik desítek studentů, kteří tímto mají možnost se účastnit odborné práce na špičkovém vědeckém zařízení. Tito všichni se také podílejí, spolu s řadou zahraničních kolegů, na návrhu a realizaci našeho nového tokamaku.

Nyní dokončujete ITER, posléze bude probíhat stavba DEMO a následně zavádění do praxe, což tedy ještě pár desítek let potrvá. Je reálné, že se naše generace dožije doby, kdy budou vznikat tokamaky napříč celým světem?

Přestože je fúzní reaktor velmi bezpečný, jedná se pořád o jaderné zařízení, na které se vztahují stejné povolovací procesy jako na standardní jadernou elektrárnu. Proto pouze samotná stavba včetně povolovacího řízení může trvat patnáct až dvacet let. V případě fúzního reaktoru je navíc třeba řadu technologií a procesů ještě částečně dovyvinout, což klade další časové nároky. A v neposlední řadě je třeba stabilní politická a finanční podpora u takto rozsáhlých a dlouhodobých projektů, která tady také ne vždy byla.

Evropská unie má ve své cestovní mapě pro realizaci energie z fúze, na jejíž formulaci jsme se také podíleli, řečeno, že první energie z fúzního reaktoru v síti bude dodána kolem roku 2050. A tomu je přizpůsoben celý evropský fúzní výzkumný program. Postupně do toho samozřejmě zasahuje řada nečekaných problémů, jako nehoda ve Fukušime, covid-19 a další, které mají následně vliv na finanční i politickou podporu. Nicméně i přesto předpokládám, že by mělo být reálné zahájit komerční využívání energie z termonukleární fúze někdy kolem roku 2060.

To se samozřejmě může zdát jako velmi dlouhá doba. Ale je třeba ji srovnat například s diskutovanou výstavbou nových bloků v našich jaderných elektrárnách, které, pokud bychom se pro ně rozhodli dnes, nebudou pravděpodobně spuštěny před rokem 2040. A to se jedná o technologii, kterou již desítky let využíváme.

I když se možná moje generace nedočká masového rozšíření fúzních elektráren je třeba na vývoji tohoto téměř nevyčerpatelného, bezemisního a bezpečného zdroje usilovně pracovat.

Bude elektřina z fúze levnější?

To je otázka, na kterou se v tuto chvíli velmi těžce odpovídá. Existují studie, které se tímto zabývají, nicméně je zde například velká nejistota v ceně jednotlivých materiálů a surovin za třicet či čtyřicet let.

Určitě bude velká snaha, aby fúzní elektrárny byly jak investičně, tak provozně co nejlevnější. Předpokládám, že se bude pohybovat někde na úrovní dnešní jaderné elektrárny. Nicméně rád bych upozornil na to, že v horizontu několika málo desítek let nebude možná tak zásadní problém cena elektřiny, jako její stabilní dostupnost. V posledních třiceti letech se například v České republice minimálně investovalo do velkých stabilních zdrojů elektrické energie a budovaly se pouze obnovitelné zdroje. Ty mohou dobře fungovat jako doplněk velkých zdrojů, ale vzhledem k jejich nepravidelné výrobě energie a zatím nedostatečného pokroku v oblasti skladování energie nebudou pravděpodobně schopny pokrýt významnou část spotřeby společnosti v našich zeměpisných podmínkách.

Budeme nadále potřebovat stabilní výkonné lokální zdroje s výkony v řádu gigawatů pro napájení velkých měst, rozsáhlých průmyslových podniků, hutí, cementáren, hliníkáren atd. A zde bude mít jaderná fúze jako bezemisní zdroj velký prostor, protože jediná cesta k bezemisní energetice je kombinace obnovitelných zdrojů a jaderné energetiky, nyní štěpné a později fúzní.

Přeženu to lehce do sci-fi roviny. Existuje nějaká představa malých tokamaků, které by mělo k dispozici každé město? Chápu, že při současných znalostech to reálné není, ale je tam do budoucna nějaká možnost miniaturizace nebo už dnes víme, že to není reálné?

Za současné úrovně znalostí plazmatu a technologií to možné není. Problém je především v tom, jak kvalitně dokážeme udržet plazma izolované uprostřed vakuové nádoby, přestože jsme v tomto ohledu dosáhli obrovského pokroku. Abychom mohli v současné době dosáhnout velkého energetického zisku, musíme mít plazma, řekněme zjednodušeně, hodně veliké.

Nicméně z teorie fyziky plazmatu víme, že kvalita udržení plazmatu a energie v něm roste s magnetickým polem. Doposud jsme byli omezeni velikostí magnetického pole přibližně třináct Tesla v centru tokamaku, což znamená cca šest Tesla uprostřed plazmatu. Při vyšším magnetickém poli totiž dnešní standardní supravodiče přestávají být supravodivé. V nedávné době ale začal vývoj supravodivých cívek pro tokamaky, které využívají tak zvané teplé supravodiče, materiály vykazující supravodivost již při teplotách kapalného dusíku. Kromě výrazného snížení provozních nákladů na jejich chlazení, jsou tyto nové materiály schopny být supravodivé i při několikanásobně vyšších magnetických polích. A to by již mohla být cesta k menšímu kompaktnímu reaktoru s výkonem v řádu stovek megawatt.

Před několika lety začali pracovat na technologii cívek z teplých supravodičů kolegové z univerzity v MIT v USA. Jejich dlouhodobým cílem je právě konstrukce menšího a tím i levnějšího reaktoru s touto technologií. Cestou tokamaků využívajících vysokých magnetických polí jdeme právě i my s našim novým projektem tokamaku COMPASS-U. To je také jeden z důvodů zájmu USA o spolupráci na našem projektu.

Nový tokamak vznikne v areálu Akademie věd ČR?

Ano, přímo tam kde stojí ten současný. Ten bude odstraněn a projevili o něj zájem kolegové z Portugalska. Naši experimentální halu budeme muset částečně přizpůsobit a přistavit také nové prostory pro energetické zdroje a diagnostické systémy.

A jaké jsou vaše další výhledy a plány?

Tento nový tokamak bude mít vědeckou „životnost“ minimálně dalších dvacet let. Po tu dobu bude schopen poskytovat špičkové výsledky pro přípravu projektu budoucí fúzní elektrárny.

Během tohoto období se také zřejmě začne řešit umístění projektu DEMO, prototypu fúzního reaktoru. A protože jsem přesvědčen, že Evropa již bude chtít tento projekt realizovat sama bez dalších partnerů, protože se rozběhne reálný závod o to, která ze světových velmocí ovládne tuto technologii na komerční bázi nejdříve, mohla by se Česká republika pokusit stát hostitelem tohoto jednoho z nejvýznamnějších vědeckých projektů v historii lidstva. Veřejnost v České republice má pozitivní vztah k jaderné energetice a hostování tohoto významného experimentu by zajisté vedlo k výraznému zviditelnění České republiky a mělo nesporně velmi pozitivní vliv jak na podporu české ekonomiky, tak i dalšího rozvoje našeho průmyslu směrem k pokročilým technologiím.

První část obsáhlého rozhovoru vyšla v sobotu 21. listopadu, druhá v neděli 22. listopadu.

Související

Radomír Pánek (Ústav fyziky plazmatu AV ČR) Rozhovor

ITER musí dosáhnout desetkrát vyšší teploty než Slunce, říká ředitel Ústavu plazmatu Pánek

ROZHOVOR – Na projektu fúzního reaktoru ITER, který má určit cestu produkci elektřiny do budoucna, se podílí i Česko. Kromě dodávek materiálů a spolupráce s organizacemi EU se čeští vědci podílí i na výzkumu a experimentech. Například tokamak COMPASS stojící v jedné z budov Akademie věd v Praze je pro ITER hojně využíván. Brzy jej ale nahradí větší a novější tokamak, který český fúzní výzkum vynese na světovou špici. Zatím spolupráce na ITERu vynesla Česku přes dvě stě milionů korun. „Což není na vědu úplně málo,“ říká v druhé části rozhovoru pro EuroZprávy.cz Radomír Pánek, ředitel Ústavu plazmatu Akademie věd ČR a místopředseda Fusion for Energy.
Radomír Pánek (Ústav fyziky plazmatu AV ČR) Rozhovor

Nejdražší zařízení na Zemi v sobě uzavře malé Slunce. ITER stojí stejně jako olympiáda, říká český fyzik Pánek

ROZHOVOR – Nejdražší vědecké zařízení na planetě Zemi (dražší je už jen ISS ve vesmíru), které je třikrát těžší než Eiffelova věž, a poskytuje prakticky neomezený zdroj čisté energie. Tím vším má být tokamak ITER. Na tomto ambiciózním projektu se podílí 35 států světa včetně Česka a disponuje rozpočtem přes 460 miliard korun. Napodobit má proces, díky němuž svítí hvězdy. „Díky ITERu mohou být reaktory o výkonu jednotek gigawatt s téměř nevyčerpatelnými zdroji paliva, bez emisí a inherentně bezpečné,“ říká v první části rozhovoru pro EuroZprávy.cz Radomír Pánek, ředitel Ústavu plazmatu Akademie věd ČR a místopředseda Fusion for Energy.

Více souvisejících

Radomír Pánek (Ústav fyziky plazmatu AV ČR) ITER energie akademie věd věda rozhovor

Aktuálně se děje

před 22 minutami

před 1 hodinou

před 1 hodinou

před 2 hodinami

včera

včera

včera

Joe Biden

Biden nemá nic jisté. Průzkum mezi demokraty pro něj nedopadl dobře

Bude se v listopadových prezidentských volbách v USA opakovat souboj z minula? Joe Biden to může mít nahnuté. Potvrzují to výsledky průzkumu amerického Centra pro výzkum veřejných otázek institutu NORC pro agenturu AP. Vyplývá z něj totiž, že dvě třetiny demokratů chtějí, aby Biden stáhl kandidaturu a umožnil straně vybrat jiného uchazeče o post prezidenta. 

včera

včera

včera

Armáda České Republiky

Armáda nahradí beznadějně zastaralou techniku. Nakoupí nové Tatry

Ministerstvo obrany koupí nové těžké nákladní vozy Tatra i munici pro americké vrtulníky. O zakázkách dnes ministryně obrany Jana Černochová (ODS) informovala vládu. V případě pořízení vozidel Tatra T-815 jde o rámcovou dohodu se společností Tatra Defence Systems s.r.o., u nákupu munice o smlouvu s českou firmou STV Group. 

včera

včera

Král Karel III. jmenoval Keira Starmera novým britským premiérem. (5.7.2024)

Karel III. prozradil priority Starmerovy labouristické vlády

Britský král Karel III. ve středu přednesl priority nové labouristické vlády premiéra Keira Starmera, která se chopila moci po nedávném drtivém vítězství nad konzervativci ve volbách. Starmer slibuje s ostatními členy kabinetu oživení ekonomiky či řešení nedostatku bytů a krize životních nákladů. Vláda chce také ztížit nelegální přistěhovalectví a zlepšit vztahy s Evropskou unií. 

včera

Roman Červenka, český hokejový útočník. Žurnalista Daniel Sallows z Bleacher Report označil Červenku jako sedmého nejlepšího hokejistu mimo NHL.

Hokejové Pardubice hlásí zvučnou posilu. Ze Švýcarska se vrací domů kapitán mistrů světa Červenka

Nadcházející extraligová sezóna 2024/25 nabídne tuzemským hokejovým fanouškům zajímavou podívanou. Na zdejších extraligových kluzištích se totiž bude prohánět kapitán českých mistrů světa z letošního roku, útočník Roman Červenka, jenž se tak po dlouhých osmi letech vrací ze zahraničí domů. Po návratu do Česka bude oblékat dres posledního vicemistra, tedy Pardubic. Ty tak tímto přestupem daly jasně najevo svůj záměr dokráčet tentokrát až k extraligovému titulu.

včera

včera

včera

včera

Elon Musk

Musk stěhuje své firmy v rámci USA. Vadí mu nový zákon v Kalifornii

Podnikatel a miliardář Elon Musk oznámil, že přesune sídla svých firem X a SpaceX v rámci USA z Kalifornie do Texasu. Za jeden z důvodů označil nový zákon, který v prvně jmenovaném státě zakazuje školským úřadům informovat kohokoliv včetně rodičů o rodové identitě či sexuální orientaci žáků. Upozornila na to BBC. 

včera

včera

Jaderná elektrárna Dukovany

Dva nové bloky jaderné elektrárny Dukovany postaví Korejci, rozhodla vláda

Dva nové bloky jaderné elektrárny v Dukovanech postaví korejská společnost Korea Hydro & Nuclear Power Company (KHNP). O preferovaném dodavateli strategického projektu rozhodla vláda na středečním zasedání. Informovalo o tom ministerstvo průmyslu v tiskové zprávě. Česko si od projektu slibuje, že zemi zajistí energetickou bezpečnost a soběstačnost na několik desetiletí dopředu. 

včera

Kopou Bidenovi hrob v zákulisí? Demokraté spěchají s nominací, některým se to nelíbí

Veřejné výzvy k odstoupení amerického prezidenta Joea Bidena od atentátu na republikánského kandidáta Donalda Trumpa sice utichly, podle zjištění CNN ale intenzivně pokračují ty soukromé. Demokraté nominaci Bidena chtějí uspíšit a zveřejnit ji už 21. července. To se ale řadě straníků nelíbí. 

Zdroj: Jakub Jurek

Další zprávy