Spolupráce ČR – USA:

FÚZNÍ REAKTOR SPOJUJE VĚDCE A DIPLOMATY

Jaderná fúze jako nadějný zdroj energie budoucnosti spojuje jádra atomů. Také ale dává dohromady vědce a diplomaty. Včetně těch českých a amerických. V osmdesátých letech minulého století právě jaderná fúze přispěla ke konci studené války mezi Sověty a Američany. Dnes mají američtí vědci velký zájem o využívání nového fúzního reaktoru – takzvaného tokamaku, který díky finanční podpoře z evropských fondů během zhruba pěti let vybudují v pražském Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd.

Profesor Pierre-Bruno Ruffini, který zastával také významné posty ve francouzské vědecké diplomacii, začíná svou knihu Věda a diplomacie (nedávno vyšla v češtině) vzpomínkou na ženevský summit v listopadu 1985. Michail Gorbačov tehdy navrhl Ronaldu Reaganovi společný výzkumný projekt, který měl prokázat vědeckou a technickou proveditelnost jaderné fúze. Gorbačov už předtím svůj plán konzultoval s francouzským prezidentem Francoisem Mitterrandem.

O rok později vznikl projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) – za účasti Američanů, Sovětů, Evropanů a Japonců. Později se připojili Číňané, Indové a Korejci. Projekt procházel nadějnými a složitějšími obdobími, od roku 2010 nicméně v jihofrancouzském městě Cadarache vyrůstá obří tokamak, na který už mají v příštích desetiletích navázat termonukleární elektrárny.

Rekord z MIT

Nyní se přenesme do zcela nedávné historie. Budou tomu dva roky, co z proslulé americké výzkumné univerzity Massachusetts Institute of Technology (MIT) přišla zpráva o světovém rekordu. Týkal se výzkumu jaderné fúze, která by mohla výhledově zajistit energetické potřeby lidstva na celá tisíciletí – a to z ekologického hlediska velmi šetrným způsobem. Štafetu by měl v rámci takového výzkumu převzít nový fúzní reaktor COMPASS-U v Praze. Směřuje k tomu také česká vědecká diplomacie.

O jaký světový rekord v MIT šlo? Ve fúzním reaktoru Alcator C-mod dosáhli američtí vědci tlaku plazmatu 2,05 atmosféry, což se nikomu jinému nepodařilo. Právě schopnost dosáhnout vysokého tlaku vodíkového plazmatu díky jeho vysoké hustotě a teplotě (v tomto případě více než 35 milionů stupňů Celsia) je jedním z klíčových parametrů pro využití fúze jader atomů lehkých prvků k výrobě energie.

Jistě, zpráva o rekordu měla především vyslat do světa signál i pro širší veřejnost, že intenzivní úsilí o využití termonukleární fúze stále pokračuje. Ředitel pražského Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd Radomír Pánek upozorňuje, že rekord je spíše symbolickým vyvrcholením kvalitního výzkumu, který v MIT díky tamnímu fúznímu reaktoru realizovali.

K tomu je nutné dodat, že rekord tokamaku Alcator C-mod padl na úplném konci jeho života – v MIT dosloužil a svět od té doby nemá náhradu. Tento reaktor měl totiž dvě důležité vlastnosti zároveň – za prvé generoval silné magnetické pole, jež slouží k udržení (izolaci) horkého plazmatu, a za druhé tvar plazmatu, který se podobá tomu, jež bude mít plazma v budoucím mezinárodním reaktoru ITER.

Míč na české straně

Na fúzní reaktor z MIT by měl nyní navázat nový český tokamak COMPASS-Upgrade. Ústav fyziky plazmatu Akademie věd dnes využívá výzkumnou infrastrukturu, jejímž srdcem je stávající experimentální reaktor COMPASS. Zhruba za pět let ho má nahradit nový tokamak, na jehož vybudování ústav získal téměř 800 milionů korun z fondů Evropské unie.

COMPASS-U, jehož hmotnost dosáhne přes 250 tun, jako jediný na světě bude splňovat stejná zmiňovaná kritéria současně jako dříve tokamak z MIT, a zároveň by ho měl i v řadě dalších parametrů překonávat. Velikost jeho magnetického pole bude na úrovni 5 Tesla, geometrie plazmatu bude podobná té v tokamaku ITER a především – což je podle Radomíra Pánka zvláště důležité – prototypu reaktoru budoucí evropské fúzní elektrárny DEMO, jejíž výstavba naváže právě na projekt ITER.

„Návrh tokamaku COMPASS-U vychází z detailního studia obdobných zařízení ve světě a reaguje na klíčové výzvy, které lze v této oblasti identifikovat,“ uvádí český vědecký diplomat ve Washingtonu Luděk Moravec, který dojednává spolupráci s ministerstvem energetiky USA.

Letos v červenci navštívila pražský Ústav fyziky plazmatu americká delegace, v níž byli zástupci předních výzkumných organizací a firem – včetně MIT, Princeton Plasma Physics Laboratory nebo General Atomics. „Zájem amerických vědců byl velký, rádi by se zúčastnili jak výstavby, tak budoucího vědeckého využívání tokamaku COMPASS-U. Nyní jednáme o možné finanční podpoře amerického ministerstva energetiky,“ říká Radomír Pánek.

Zájem o spolupráci s Američany, která by měla směřovat od vědeckého výzkumu ke společným ekonomickým projektům, potvrdil také představitel Černínského paláce jako sídla české diplomacie – náměstek ministra zahraničí Martin Tlapa.

Plazma mění chování

Spolupráce se vyloženě nabízí ve dvou oblastech. První možný směr se týká spolupráce na vývoji technologie tokamaku se silným magnetickým polem a související fyziky fúzního plazmatu. Druhou oblastí je výzkum využívání technologie tekutých kovů ve fúzních reaktorech.

V tom prvním případě se vracíme k výzkumu, jehož výsledky zaznamenala veřejnost díky zmiňovanému rekordu tokamaku Alcator C-mod. „Tyto experimenty naznačují, že při vysokém magnetickém poli o velikosti kolem 5 Tesla, s kterým bude pracovat jak ITER, tak i reaktor DEMO, se plazma začíná chovat částečně jinak – stabilněji,“ vysvětluje ředitel Pánek. Nyní jde o to, aby výsledky z MIT v tomto ohledu potvrdil – a navázal na ně – další tokamak. Vzhledem k výše uvedeným parametrům toho nebude v dohledné době schopen kromě chystaného COMPASS-U žádný jiný fúzní reaktor na světě.

Tekuté kovy

Pokud jde o využívání tekutých kovů (jako například lithia, cínu nebo jejich slitin), příslušný výzkum souvisí se širším tématem – jak docílit bezproblémového odvodu plazmatu a energie z centra plazmatu ven z reaktoru přes takzvaný divertor. Ten bude sloužit k přenášení energie z tokamaku do primárního a následně sekundárního okruhu budoucí fúzní elektrárny.

Potíž je v tom, že extrémní toky energie kladou vysoké nároky na materiály, z nichž budou vyrobeny jednotlivé části tokamaku, a především právě divertor. Tato část tokamaku musí snést podobný tok energie, jako by se nacházela blízko povrchu Slunce. Zde tekuté kovy představují slibnou technologii, která by mohla zajistit neustálé obnovování povrchu divertoru, který by jinak pod extrémním tokem energie z plazmatu rychle degradoval a zničil by se.

Zájem o spolupráci v této oblasti projevila zvláště americká národní laboratoř Princeton Plasma Physics Laboratory.

Vědecký diplomat Luděk Moravec uvádí, že jaderná fúze nyní získává v americké vládě větší pozornost, což vyvrcholilo letošním posílením rozpočtu na relevantní výzkum o zhruba 40 procent. „Z toho největší díl představuje posílení americké účasti v projektu ITER,“ upozorňuje Moravec. Z českého hlediska může být příznivou okolností i další Moravcův postřeh: „Administrativa prezidenta Trumpa trvá na aktivním a zevrubném hledání synergií u vědeckých infrastruktur budovaných v zahraničí, namísto udržování maximálního spektra těch vlastních.“

JAN ŽIŽKA