V Rusku je vyvíjen hybrid jaderného a termojaderného reaktoru

Specialisté z Tomské polytechnické univerzity (TPU) spolu s dalšími ruskými vědci vytvořili a otestovali termonukleární složku unikátního hybridního reaktoru. Výsledky jejich práce jsou uveřejněny v časopise Nuclear Engineering and Technology.

Jak vysvětlili autoři studie, hybridní reaktorové systémy neboli systémy syntézy a štěpení v sobě slučují spolehlivost konvenčních štěpných reaktorů s úsporností a ekologickou bezpečností termojaderné energie pro životní prostředí.

Takové systémy se skládají ze zdroje termonukleárních neutronů a aktivní zóny (tzv. blanketu), ve které probíhá štěpení těžkých jader. Palivo je směsí thoria a zbrojního plutonia. Thorium nemůže být podle slov vědců samo o sobě zdrojem energie, ale vytváří se z něj uran-233, jehož akumulace v jádru zvyšuje dobu trvání palivového cyklu. Nahrazení uranu 238 thoriem, které se používá v běžných štěpných reaktorech, umožňuje prudce snížit objem radioaktivního odpadu.

Na rozdíl od štěpných reaktorů, jejichž řízení je založeno na použití absorbérů neutronů, je stav paliva v zóně hybridního systému naopak regulován přidáváním neutronů z termonukleárního zdroje. V projektu vědců TPU je jím plynová dynamická magnetická past, v níž je deuterium a tritium udržováno ve stavu vysokoteplotní plazmy.

„V plazmě se srážejí ionty deuteria a tritia a vytvářejí jádra helia s uvolňováním vysokoenergetických neutronů. Ty přicházejí z vakuové komory do blanketu impulzním způsobem a podporují štěpení těžkých jader, což vytváří hlavní energii. Hlavní předností hybridního systému je to, že jaderný materiál není v přísně kritickém stavu jako v tradičním reaktoru, ale ve stavu blízkém kritickému, což vylučuje možnost vzniku nekontrolované řetězové reakce,“ vysvětlil Sergej Beděnko, docent katedry jaderného palivového cyklu TPU.

Podle slov vědců je energie uvolněná během štěpení odstraněna teplonosným heliem. Helium zahřáté přibližně na 730 stupňů Celsia, když je připojeno k jednotce plynové turbíny a elektrickému generátoru, lze použít k výrobě nejen elektřiny, ale také vodíku metodou parní konverze metanu.

Vyvíjený hybridní reaktor bude vynikat kompaktní velikostí s kapacitou přibližně 60-100 megawattů a schopností pracovat bez doplňování paliva více než osm let. Podle vědců může být použit v těžko dostupných oblastech a přijímat elektřinu, teplo a ekologicky čisté vodíkové palivo.

Autoři studie uvádějí, že plynová dynamická magnetická past umožňuje udržovat vysokoteplotní plazmu mnohem déle než jiné existující systémy. To pomůže lépe prozkoumat jak proces termonukleární syntézy, tak práci různých prvků reaktoru za podmínek ozáření tvrdými neutrony. To vše by mělo podstatně urychlit rozvoj termonukleární energie, zdůrazňují vědci.

„V průběhu našeho výzkumu jsme určili optimální parametry zdroje termonukleárního zdroje neutronů, abychom neustále udržovali blanket hybridního systému v kontrolovatelném téměř kritickém stavu, a také jsme prostudovali účinek ‚vlny štěpení jader‘, k níž dochází po jediném impulzu termonukleárního spalování,“ řekl Sergej Beděnko.

Koncept hybridního thoriového reaktoru navrhl v roce 2019 tým vědců z Tomské polytechnické univerzity, Všeruského vědecko-výzkumného ústavu technické fyziky akademika E. I. Zababachina a Ústavu jaderné fyziky G. I. Budkera Sibiřské pobočky Ruské akademie věd. Výzkum je prováděn v rámci grantu Ruského fondu základního výzkumu.