Nekonečný zdroj čistej energie. Pre mnohých fantastická utópia ďalekej budúcnosti. Dovolím si tvrdiť, že ozajstný progres je uskutočnený utopistický sen. V skutočnosti na dosiahnutí tohto cieľa vedci a výskumníci už desaťročia tvrdo pracujú. Sú k nemu čoraz bližšie vďaka takzvanej termonukleárnej fúzii, ktorá využíva na výrobu elektrickej energie procesy podobné tým vo vnútri slnka. Reálne využitie termonukleárnej fúzie je stále predmetom skúmania, ktoré sa posúva dopredu aj vďaka objavu technológie supravodivých materiálov. Tie sa využívajú v najmodernejších výskumných zariadeniach, akými sú napríklad časticový urýchľovač CERN, či v projekte medzinárodného výskumného termonukleárneho reaktora ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ktorý by mal po roku 2040 postupne nahrádzať súčasné jadrové reaktory pracujúce na báze štiepenia ťažkých jadier.

Prvý krok – využitie supravodivosti

O supravodivosti vedci uvažovali už od 19 storočia. Objavil ju ale až holandský fyzik Heike Kamerlingh Onnes v roku 1911 ochladzovaním rôznych kovov na teploty blízke absolútnej nule. Onnes zistil, že pri extrémne nízkych teplotách sa v niektorých kovoch ako sú ortuť, cín, či olovo stráca elektrický odpor, čo im dáva supravodivosť - teda unikátnu schopnosť viesť elektrický prúd bez akýchkoľvek energetických strát. Už v čase jej objavu sa využitie supravodivosti spájalo s vytváraním obrovských magnetických polí, či prenosom veľkých prúdov elektrickej energie. Supravodiče dnes našli uplatnenie napríklad v rýchlovlakoch typu Maglev (názov je skratkou „magnetickej levitácie“), kde slúžia na vytvorenie magnetického pola potrebného na vznášanie vlakovej súpravy. Napriek tomu, že od jej objavenia prešlo už takmer 100 rokov, nebola doposiaľ fyzikálna podstata supravodivosti úspešne vysvetlená a naďalej ostáva pre vedcov záhadou.

 Druhý krok – využitie termonukleárnej fúzie

Nápad vytvoriť fúzny reaktor, takzvaný Tokamak (skratka z ruského označenia „toroidná komora v magnetických cievkach“), sa zrodil v Rusku v 50-tych rokoch minulého storočia. Tím vedcov prišiel s riešením, ako skrotiť a uväzniť horúcu plazmu vzniknutú fúznou reakciou pomocou silného magnetického poľa. Plazma fúzneho reaktora vzniká pri obrovskej teplote viac než 150 miliónov Kelvínov, čo je 10 násobne viac ako je teplota v strede nášho slnka. Táto extrémna teplota je nevyhnutná na to, aby sa atómy izotopov vodíka (deutéria a trítia) menili na atómy hélia, pričom táto reakcia uvoľňuje obrovské množstvo energie.

Aby plazma ostala dostatočne horúca, musí byť sústredená v centre fúzneho reaktora v zovretí poľa super-silných magnetov. Inak by ochladla a fúzia by nenastala. Na udržanie plazmy v takzvanom toroidnom prstenci  slúžia obrovské supravodivé magnetické cievky. Tie vytvárajú magnetické pole 200 tisíckrát väčšie ako je magnetické pole zeme a spotrebujú na to desatinu výkonu reaktora. Na 18 hlavných magnetických cievok reaktora ITER bude použitých 72 km zväzkov supravodivých káblov. Tie pre projekt ITER dodáva aj Čepecký mechanický závod v Rusku, kde sa vyrábajú aj komponenty pre jadrové palivo spoločnosti TVEL používané v slovenských jadrových elektrárňach. Na vytvorenie cievok sa používajú supravodivé zlúčeniny Nióbu s cínom alebo titánom (Nb3Sn, NbTi) . Všetkých 48 magnetov termonukleárneho reaktora ITER má spolu hmotnosť neuveriteľných 6 540 ton a po samotnom telese reaktora budú jeho najväčšou súčasťou. Aby sa dosiahla ich supravodivosť, musia byť trvalo chladené na teplotu -269 °C, čo je len 4 stupne nad absolútnou nulou.

Cesta do budúcnosti

Projekt ITER oslávil päť rokov od svojho štartu, keď sa 28 júna 2005 v Moskve na stretnutí medzinárodnej rady ministrov zástupcovia štátov dohodli, že doteraz najväčší Tokamak bude vybudovaný v meste Cadarache na juhu Francúzska. Projekt ITER sa rozprestiera na ploche 42 hektárov na betónovej platforme s rozmerom 1000 x 400 metrov, ktorej vybudovanie trvalo 2 roky. Tokamak ITER s výkonom 500 MW bude spustený do experimentálnej prevádzky v roku 2018.

Ďalší krok – zvýšenie účinnosti premeny tepelnej energie na elektrickú

ITER sám o sebe nie je konečným riešením, ale medzistupňom k vytvoreniu prototypu termonukleárnej elektrárne. Tá by mala byť spustená do roku 2030 a elektrickú energiu do siete by mala začať dodávať po roku 2040. Na projekte ITER sa spolu podieľajú Európska únia, Čína, India, Rusko, USA, Južná Kórea a Japonsko. Ak bude projekt ITER úspešný, ľudstvo prejde do éry fúzie, kde bude podstatná časť energetických nárokov zabezpečovaná zdrojom neobmedzenej, dostupnej a ekologicky čistej energie termonukleárnej fúzie. Napriek tomu zostane pre každého technika množstvo otvorených otázok. Jednou zo zásadných môže byť i to, prečo sa premena tepelnej energie na elektrickú má realizovať podobne ako pred 150 rokmi prácou pary, ktorá roztáča rotor turbogenerátora s účinnosťou okolo 35%.

Autor komentáru  : prof. Ing. Vladimír Slugeň, PhD., predseda Slovenskej nukleárnej spoločnosti

Zdroj:

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), ITER: the world's largest Tokamak, zdroj: http://www.iter.org/mach