Český tokamak dosáhl módu vysokého udržení plazmatu

13.03. 18:08 | Autor: Radek John

Experimentální zařízení na půdě Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR zvládlo zásadní pokrok v manipulaci se čtvrtým skupenstvím hmoty. Vědci zaznamenali, že přešlo do takzvaného H-modu.

Když se řekne jádro a energie, vzpomene si většina lidí na štěpení. Z rozpadu atomů těžkých prvků na konci periodické tabulky na lehčí se dá získat teplo. To pak roztáčí parní turbíny. Turbíny vyrábějí elektřinu. V přírodě je ale častější opačný postup. Hvězdy nezískávají energii štěpením těžkých jader na lehká, nýbrž slučováním lehkých jader na těžká. Nejčastější jaderná reakce ve vesmíru je slučování jader vodíku na hélium - termojaderná fúze. Pohání většinu hvězd, včetně Slunce, a tedy i zemskou biosféru.

Pokud bychom uměli fúzi napodobit, odpadla by nám spousta problémů. Vodík je dostupnější než uran, ropa, uhlí a další energetické zdroje. Fyzikové se o nápodobu hvězdné reakce na zemi snaží už bezmála půl století. Zatím se jim to nepovedlo, ale tvrdí, že už jsou blízko (Pravda, už také bezmála půl století). Vědci z pražského experimentálního zařízení na výzkum plazmatu, tokamaku COMPASS, vedení Radomírem Pánkem, se teď vysněnému cíli přiblížili, i když jen málo.

Neviditelná klec

Svůj pokrok vědci oznámili na dnešní tiskové konferenci. Jejich tokamak přešel do režimu vysokého udržení plazmatu. Ačkoliv se režimu podařilo v jiných laboratořích dosáhnout poprvé už před zhruba dvaceti lety, fyzikové mu dosud pořádně nerozumí. H-mód byl podmínka Evropského společenství pro atomovou energii k přestěhování tokamaku COMPASS do Evropy. Před převozem pracoval ve Velké Británii zhruba na místě, kde dnes funguje jeho větší bratříček JET. Budoucí obří evropský tokamak ITER by měl pracovat v H-módu standardně.

Data získaná z experimentů na menších tokamacích by to měla umožnit. Slovo tokamak je ruského původu a byla to původně zkratka z výrazu toroidalnaja kamera s magnitnymi katuškami (тороидальная камера с магнитными катушками - toroidní komora v magnetických cívkách).

Schéma tokamaku. Barevné plochy představují magnetické pole, žlutá elipsa dráhu jednotlivé nabité částice.

Plazma je čtvrté skupenství hmoty. Tvoří ho atomová jádra zbavená elektronů a elektrony. Aby se běžné hmoty stalo plazma, musí se zahřát na velmi vysokou teplotu, i miliony stupňů. Jako nádoba k jeho udržování se používá magnetické pole.

Děravá síť

Nabité částice mají sklon kroužit kolem magnetických siločar ve spirálách. Kdyby se povedlo udržet dostatečně horké plazma v magnetickém poli dostatečně dlouhou dobu na to, aby proběhla syntéza jader vodíku na helium, měli by vědci vyhráno. To se ale ukázalo být velmi těžkým úkolem. V zařízeních typu tokamak je pole uspořádáno do tvaru prstence - asi jako kobliha ze Simpsonů. Ačkoliv existují i jiné použitelné tvary pole, tokamaky jsou nejnadějnější, co se týče možnosti dosáhnout kladného energetického výtěžku.

Jejich účinnost se vyjadřuje poměrem energie vložené do reakce na zahřátí a udržení plazmatu a energie, kterou reakce generuje. Označuje se písmenem Q. Současný nejlepší Tokamak JET má Q = 0,65. Vyrobí tedy méně energie, než spotřebuje. Budoucí tokamak ITER by měl mít Q = 10.

Aby tak vysoké účinnosti dosáhl, bude muset pracovat v H-módu. Při něm začne podle vědců plazma rotovat, což brání jeho unikání ven z magnetického pole. Vznikne takzvaná transportní bariéra. Část plazmatu z magnetického pole ale i tak uniká ve výtryscích, jejichž fyzikální podstata není zatím příliš objasněna. Hodilo by se, kdyby se jim podařilo zabránit.

Studium obou jevů je klíčové pro konstrukci tokamaku schopného vyrábět energii, a ne ji jen spotřebovávat jako tokamaky současné. Právě k němu má sloužit i COMPASS. Kromě toho se hodí i k výchově budoucích odborníků na fyziku plazmatu, konstrukci tokamaků a práci na nich.

Foto: Profimedia , Ústav fyziky plazmatu AV ČR

Autor: Radek John