Registrace byla úspěšná!
Klikněte na odkaz v e-mailu zaslaném na adresu
Názory
Názory: komentáře k událostem, rozhovory s osobnostmi

Tokamak. Rusko stojí na prahu technologií, díky nimž elektrárny budou pracovat tisíce let

© Sputnik / Pavel LisitsynJaderný reaktor. Ilustrační foto
Jaderný reaktor. Ilustrační foto - Sputnik Česká republika, 1920, 21.07.2021
Sledujte nás na
V ČR zvažují, kdo dostaví Dukovany. Rusové z politických důvodů z tendru vyloučeni. Ruská věda ale drží krok se světem, ba má našlápnuto směrem k fúzním reaktorům, reaktorům kompaktním či rychlým. Jaký je stav bádání a praxe? Co v budoucnu Rusko bude s to nabídnout? Rozhovor s Alexejem Kovalyšinem z Kurčatova institutu.
Jaký je rozdíl mezi klasickým jaderným reaktorem a termonukleárním reaktorem (TOKAMAKem)? Proč jsou tokamaky zajímavé pro budoucnost?
Alexej Kovalyšin (náměstek ředitele výzkumu, Kurčatovův institut): Klasické jaderné reaktory generují energii štěpením těžkých jader, zatímco termonukleární reaktory musí energii získávat fúzí lehkých jader. Mezi klasickým jaderným reaktorem a termonukleárním existují dva významné rozdíly. Prvním je to, že fúzní reaktor produkuje podstatně méně radioaktivních produktů než klasický jaderný reaktor. Za druhé termonukleární energie má neporovnatelně větší zdrojovou základnu.
Jaderná energie, kterou člověk používá, byla kdysi uložena ve vesmíru jako výsledek životního cyklu první generace hvězd. Energie byla uložena v těžkých jádrech (uran, thorium) a v lehkých (je jich celkem dost). Jaderná energie se uvolňuje štěpením těžkých jader nebo syntézou těch lehkých. Naučili jsme se získat jadernou energii z těžkých jader v prostředí jaderných reaktorů.
Štěpí-li se těžké jádro, je náhodně rozděleno na dva fragmenty, vznikají přitom téměř všechny prvky periodické tabulky; tyto jsou tvořeny jako vedlejší produkt, většina z nich je radioaktivní. Během syntézy lehkých jader se tvoří jeden nebo dva specifické produkty, které radioaktivní nejsou. Proto je termonukleární energie mnohem „čistší“.
Dalším rozdílem je zdrojová základna. Zdrojovou základnou jaderné energie jsou zásoby uranu a thoria. Jsou velké, ale omezené. Energie uložená v těchto prvcích bude lidstvu stačit na mnoho stovek let. Zdrojová základna termonukleární energie je prakticky nekonečná.
Odpověď na druhou část otázky: Zvládnutí termonukleární energie se ukázalo jako velmi obtížný problém. Nyní se vědci z celého světa potýkají s otázkou fúze jader deuteria a tritia, dále deuteria a deuteria. Tyto reakce jsou podstatně méně radioaktivní než jaderné, ale přesto produkují určité množství radioaktivních produktů.
Ovládnutí těchto reakcí navždy zachrání lidstvo před energetickými problémy. Dalším krokem je zvládnutí celého spektra termonukleárních reakcí. Myšlenka na to, jak by vypadal svět, který osedlá termonukleární reakci, například bor-vodík, je velmi dobře ukázána ve sci-fi Iron Man (franšíze Marvel Studios). Jedná se o kompaktní energetické zdroje o stejné hutnosti jako jaderné, ale bez jakékoli radioaktivity.
V ATOMMUZEU Javor 51 - Sputnik Česká republika, 1920, 16.07.2021
Názory
V Československu byly jaderné zbraně a umělo udělat jadernou elektrárnu na klíč. ČR nikoli
Rusko postavilo první jadernou elektrárnu (nevojenské využití), v oblasti jaderných ledoborců má vedoucí postavení. V souvislosti se vznikem ruských hypersonických zbraní naznačují některá média, že si Ruská federace poradila s otázkou výstavby kompaktních reaktorů. Jak se tyto liší od jaderných zařízení, umístěných na palubách meziplanetárních sond? V čem je ruský vědecký průlom? V padesátých letech se USA i SSSR pokusily vytvořit jaderné motory pro bombardéry dlouhého doletu.
Do začátku šedesátých let Sovětský svaz i USA aktivně pracovaly na konstrukci jaderných letadel a jaderných řízených střel pro vojenské účely. Zároveň byly vyřešeny hlavní technické problémy. Dokonce vzlétl upravený bombardovací letoun TU-95 s jaderným reaktorem na palubě.
Tuto práci měl na starosti Kurčatovův institut. Poté co byly pod vedením S. P. Koroljova zkonstruovány balistické střely, okamžitě bylo jasné, že tyto střely představují řešení pro veškerou škálu definovaných úkolů. Od dalšího vývoje leteckých jaderných nosičů bylo upuštěno z následujících důvodů: nebylo možné ochránit posádku ani náklad před radioaktivním (o)zářením.
Kurčatovův institut se v současné době nepodílí na žádném vývoji, který by kráčel právě uvedeným směrem. Toto téma však dalo podnět celé řadě výzkumů v oblasti jaderného vesmíru. Pokud mluvíme o vývoji infrastruktury ve sluneční soustavě: bude vyžadovat rozsáhlou nákladní dopravu (Měsíc, Mars, Jupiterovy satelity, Saturnovy satelity, pás asteroidů), takový úkol lze vyřešit pouze pomocí jaderné energie. Všechny přední vesmírné mocnosti uvažují o vytvoření takového dopravního systému.
Hlavní směry vývoje jsou následující. Za prvé jde o jaderné raketové motory (NERVA; ЯРД). Základním principem fungování jaderného raketového motoru je kompaktní jaderný reaktor, kterým je čerpána pracovní tekutina (vodík), vytvářející reaktivní tah. Na konci 80. let vytvořily jak Rusko, tak i USA pozemní prototypy těchto motorů. V SSSR byl tento motor testován na zkušebním polygonu v Semipalatinsku a měl tah 4 tuny. Pro marsovskou (martovskou/marťanskou) expedici byly vyvinuty motory s tahem 20 tun.
Druhý směr se ubírá cestou elektro-nukleárního dopravního systému, který se skládá z kompaktního jaderného reaktoru, zařízení na výrobu elektřiny, a plazmového reaktivního motoru (NEP, ЯЭДУ). Takový systém umožňuje dosáhnout stálého tahu, jakož i schopnost manévrování.
Třetím vektorem vývoje jsou lunární zařízení neboli kompaktní jaderné reaktory, tyto jsou navrženy k výrobě konvenčního raketového paliva z místních surovin. Další výzkum ukáže, která z těchto oblastí bude nejúčinnější. Není třeba spěchat, protože ve fázi strategického plánování dochází k chybám s nejzávažnějšími důsledky.
Spouštění do provozu reaktoru tokamak T-15 MD, Kurčatovův institut v Rusku  - Sputnik Česká republika, 1920, 01.07.2021
Názory
„Palivo dostupné v obrovském množství a na libovolném místě vesmíru.“ Wagner o tokamacích v ČR a RF
Tokamak používá jako palivo vodík. Je možné předpokládat, že mořská voda, obsahující vázaný vodík, může být alternativním zdrojem paliva?
Fúzní reaktor by měl používat nejen vodík, ale těžké izotopy vodíku (deuterium). Obsah deuteria ve vodě je 0,01 %. Tato skutečnost nám umožňuje tvrdit, že vývoj termonukleární reakce bude schopen poskytnout lidstvu energii navždy. Odpověď na vaši otázku je tedy ano.
Nedaleko města Tomsk se staví reaktor s uzavřeným cyklem, založeným na principu rychlých neutronů. Jak pomůže nakládat s vyhořelým palivem z jiných jaderných elektráren? Co je to uzavřený cyklus? Je toto ono perpetuum mobile?
Stávající jaderná energetika využívá izotop uranu 235. Jeho obsah v přírodním uranu je pouze 0,7 %. Reaktory na principu rychlých neutronů umožňují využít zbývajících 99,3 % uranu 238. Nejprve, v důsledku jaderné reakce, přeměňují uran 238 na plutonium, poté ho spálí. Kromě toho jsou tyto reaktory navrženy tak, aby obsah plutonia ve vyhořelém palivu byl vyšší než v původním. Taková operace vyžaduje 1) přepracování vyhořelého paliva, tzn. výrobu nového paliva z vyhořelého, 2) opětovné vložení recyklovaného paliva do reaktoru. To znamená, že cyklus reaktor – zpracování – reaktor je ve své podstatě uzavřený.
Stávající reaktory pracují podle schématu: reaktor – skladování vyhořelého paliva – zcela nové palivo, toto nové palivo je odebíráno z přírodního uranu. Teoreticky tedy rychlé reaktory umožňují používat nejen uran 235, ale také uran 238, kterého je 140krát více. Podle moderních odhadů: zásoby U-235 umožňují, aby jaderná energetika fungovala nějakých 30–50 let… To rychlé reaktory tento limit zvýší 140krát, tedy na tisíciletí. Z pohledu jedné generace to opravdu vypadá jako perpetuum mobile.
Média uvedla, že tokamak T-15MD je jedinečný. Jak se liší od evropského ITERu?
Zatímco se hledá řešení ve sféře termonukleární energie, každý tokamak je svým způsobem jedinečný, protože je navržen pro testování určitých konkrétních teoretických hypotéz. Jedinečnost T-15MD spočívá v tom, že se jedná o prototyp zdroje termonukleárních neutronů (Термоядерный источник нейтонов, ТИН). Faktem je, že zatím dokážeme získat z termonukleární reakce méně energie, než kolik na fúzi spotřebováváme. Cílem klasického termonukleárního výzkumu je, aby se dosáhlo udržení plazmatu po „neomezenou“ dobu. Pokud vynaložíme energii na získání plazmy potřebných parametrů, pak energetický zisk bude tím větší, oč déle udržíme plazma stabilní. Projekt ITER byl koncipován, aby odpovídal této koncepci.
Doposud se lidstvo naučilo stabilizovat plazmu krátkodobě: energetický výstup termonukleární reakce zhruba odpovídá vynaložené energii na provoz takového reaktoru. V průběhu probíhající termonukleární reakce získáváme neutrony, které můžeme použít nikoli k získání energie, ale k výrobě nového paliva pro konvenční jaderné reaktory, například cestou ozáření thoria. V tomto případě se ТИН stává součástí celkového systému jaderné energetiky a umožňuje spuštění perpetuua mobile z předchozí otázky, ale bez komplikovaného přepracování vyhořelého jaderného paliva.
Rusku nebylo povoleno dokončit stavbu jaderné elektrárny Dukovany v České republice. Potřebuje Rusko tento projekt, pokud se další éra posouvá do říše termonukleární fúze?
Jaderná energie se již dlouho komercializuje, stejně jako rozhodnutí o jejím využití a podpoře. Tato otázka, konkrétně na Dukovany, by tedy měla být adresována spíše české vládě. Je třeba poznamenat, že první etapa JE Dukovany (ČSSR) byla realizována v úzké spolupráci specialistů ze zemí RVHP, kde hráli důležitou roli specialisté z Československa.
Má termonukleární fúze uplatnění v obranném průmyslu?
Termonukleární fúze pro vojenské účely byla zvládnuta již v 50. letech. Páteř strategických jaderných sil Ruska a Spojených států tvoří termonukleární hlavice. To umožnilo světu, aby se 75 let vyhýbal velkým, ničivým válkám. Ukázalo se, že řešení problému mírového využití termonukleární fúze je mnohem obtížnější.
Je pravda, že se na místě, kde působí aktivní tokamak, může objevit černá díra? Jaké jevy spojené s teorií relativity jsou v ní (singularitě/kolapsaru) pozorovány?
Černá díra v místě, kde tokamak působí, nemůže vzniknout. Příliš odlišné řády energií... Je známo, že aby se na místě Země objevila černá díra, musí být zeměkoule zkomprimována na velikost krabičky od zápalek. Tokamak takovou energií nedisponuje.
Tokamak pracuje na principech klasické fyziky. Jevy spojené s teorií relativity, ke kterým dochází v tokamaku, jsou jakýmsi defektem hmoty, resp. transformací hmoty do energie, a to dle známého vzorce E = mc2. To však není rysem tokamaku, ale jaderných reakcí obecně.
Děkujeme za interview.
Budování Tianwanské jaderné elektrárny - Sputnik Česká republika, 1920, 14.06.2021
Svět
Média: USA dostaly zprávu o úniku v čínské jaderné elektrárně
Zprávy
0
Nejdříve novéNejdříve staré
loader
Chcete-li se zapojit do diskuse,
přihlaste se nebo se zaregistrujte
loader
Chaty
Заголовок открываемого материала