Spalováním fosilních paliv jako je uhlí, ropa a zemní plyn se rychle vyčerpají zásoby, které příroda tvořila miliony let zároveň se tím značně znečišťuje již tak dosti poškozené životní prostředí. Spalováním fosilních paliv také vznikají některé z tzv. skleníkových plynů ( např. CO2), které globálně oteplují zeměkouli. K dnešku vzrostla průměrná teplota Země o 33 C (z –18 na +15). Jaderná energie uvolněná štěpnými jadernými reaktory zase přináší riziko vysoké radioaktivity odpadu a nebezpečí jaderné havárie. Obnovitelné zdroje jsou naproti tomu ekologicky čisté, ale mnohonásobně ekonomicky náročnější a navíc nejsou sami schopny pokrýt energetickou spotřebu lidstva. Řešení je nutné hledat v nových technologiích, které zohledňují ekologické a ekonomické aspekty produkce energie. Termojaderná fúze, založená na principu slučování lehkých atomových jader za extrémně vysokých teplot, je příkladem bezodpadové, ekonomicky přijatelné technologie a prakticky nevyčerpatelným zdrojem energie pro budoucnost.
KOLIK SPOTŘEBUJE PALIVA 1000MW ELEKTRÁRNA ZA ROK
Uhlí je nejpoužívanějším palivem na světě, do tepelné elektrárny ho bude zapotřebí dovést ve 250 vlacích, z nichž každý by měl 100 vagónů, to je cca 2 500 000 tun uhlí. Odpadem potom bude obrovské množství oxidu uhličitého (CO2), dusičitého (NO2), uhelnatého (CO) a popílku.
Budeme-li chtít vyrábět el. energii z ropy, bude třeba jedenáct obřích tankerů cca 11 000 000 barelů (barel = 159 litrů). Do ovzduší se dostane 10 950 000 tun CO2, 219 000 tun SO2 a 29 000 tun NO2.
Země, kde se využívá jaderné energie musí jadernou elektrárnu zásobit 28 tunami uranové rudy. Toto množství je v porovnání s ostatními zdroji minimální, ale i přes složitá ochranná opatření je zde stále určité riziko atomového výbuchu s nesmírnými následky pro život na této planetě. Další velkou nepříjemností provozu JE je jaderný odpad. Ten je vysoce radioaktivní a proto představuje dlouhodobé nebezpečí. Dnes je na světě již přes 200 000 tun vyhořelého, vysoce radioaktivního paliva.
SOUČASNÉ EKOLOGICKÉ ZDROJE ENERGIE
Pokusíme-li se neekologické zdroje el. energie nahradit ekologickými, zjistíme, že vodní elektrárnu s takovýmto výkonem si může dovolit jen málokdo, pro její vysoké požadavky na spád a objem toku. Naše země je toho dobrým příkladem.
Pro větrné elektrárny je potřeba poměrně velká plocha s často vanoucími větry. I to je velký problém. Ani takových míst není na světě tolik, aby vítr mohl nahradit jiné zdroje energie.
Obrovské možnosti do budoucna skrývá solární energie. Ovšem dnes je výroba solárních kolektorů velmi náročná a drahá. nemluvě o tom, že pro nahrazení běžné elektrárny by byl potřeba článek o rozloze 20 km2. Navíc je nutné počítat, s tím, že slunce vlivem oblačnost mění intenzitu svého záření a přes noc nesvítí vůbec. A proto se musí tyto články doplnit o zásobníky energie.
A CO FÚZNÍ REAKTOR?
Ve srovnání s ostatními zdroji energie by obstát na výbornou. Palivem by totiž bylo 180 kg deuteria a 270 kg tritia. Odpadem potom 410 kg helia, které by se dále zpracovávalo.
CO JE TO VLASTNĚ FÚZNÍ REAKTOR?
Fúzní reaktor je zařízení ve kterém může probíhat termojaderná fúze. Palivem pro tento zdroj energie je těžký vodík (deuterium), ten má na rozdíl od běžného vodíku o jeden neutron navíc. Lze ho získat z vody, v níž na 4000 molekul běžného vodíku připadá jedna molekula deuteria. Dnešní technologií ho lze vyrábět v neomezeném množství. V současné době je ovšem reálná pouze termonukleární reakce deuteria a tritia (D+T), je totiž nejméně náročná na ohřev a udržení plazmatu. Tritium je super těžký vodík, jenž má v jádru jeden proton a dva neutrony. Lze jej získat z lithia pomocnou jadernou reakcí v plášti fúzního reaktoru. Slučování jader deuteria (D+D) se předpokládá až u reaktorů druhé generace. Odpadem je obyčejné helium.
PRINCIP FÚZNÍHO REAKTORU A PROBLEMATIKA SPOJENÁ S JEHO PROVOZEM
Při jaderné fúzi je třeba sloučit dvě jádra lehkého prvku (deuteria a tritia, nebo dvou deuterií), aby vznikl prvek těžší (helium). Problém přitom je, že obě jádra mají stejný náboj a vzájemně se odpuzují(jako dva stejnojmenné magnety). Jak tedy donutit dvě jádra, aby se spojila? Je potřeba zvýšit teplotu na takovou hodnotu, aby se molekuly rozpadly na atomy, které začnou velmi rychle kmitat a i přes odpor vyvolaný stejnými náboji, do sebe narážet. Ale na to, aby získaly energii umožňující jim srážku s jiným atomem, je potřeba teplota cca 100 milionů stupňů Celsia. Problémem je kde tento velmi horký plyn (plazma) uchovat. Materiál na udržení horkého plazmatu dnes prostě neexistuje, bylo tedy vymyšleno náhradní řešení.
Energie z jádra se může uvolnit dvěma, pro nás přijatelnými způsoby: štěpením a fúzi. vis. o1
MAGNETICKÉ UDRŽENÍ
Jedna z možností je udržení plazmatu pomocí magnetického pole, které je tvořeno množstvím podivně zkroucených cívek, toto zařízení se nazývá stelarátor. Na podobném principu funguje i tzv. tokamak. Plazma se pohybuje ve vakuu v duté cívce transformátoru, aniž by se dotýkalo jejich stěn. Dochází zde k velice složitým jevům, jejichž výsledkem je postupné ohřátí plazmatu na teplotu, při niž nastává termojaderná fúze.
INERCIÁLNÍ UDRŽENÍ
Jinou možností jak dosáhnout termojaderné fúze, je extrémně rychlé ohřátí hmoty. Kdy prudké zvýšení teploty zabrání vnějším vlivům v působení na reagující hmotu. K provedení takové operace je nutné vytvořit tableto zmraženého vodíku, která se spustí do speciální komory. Zde ji zasáhne pulz energie laseru namířeného z několika směrů. Tímto rychlím zásahem nastanou v tabletě podmínky pro termojadernou fúzi. Během zlomku sekundy (cca 0.000 000 002 sekundy) se vytvoří využitelná energie. Trvalého přísunu energie by se mělo dosáhnout neustálím bombardováním stále nových vodíkových tablet laserem. Problém je, že takto výkonné zařízení nebylo doposud zkonstruováno.
Ze všech předešlých možností, jak docílit termojaderné fúze je nejrealističtější možnost magnetického udržení v tokamaku a proto se mu budu dále podrobněji věnovat.
Slovo tokamak vzniklo z ruštiny, ze čtyř počátečních slov jakými Rusové nazývají tokamak (ТOк, КАMeрa и МАHTHыie КaTушьи).
REAKTOR NA PRINCIPU TOKAMAKU
vis. o2
JET A ITER
V současnosti je největším tokamakem světa JET v Culhamu v Anglii s poloměrem prstence 3m a komorou 1,25*2,1m. V roce 1997 produkoval termojadernou energii špičkově o výkonu 16,1MW po dobu 0,7s více jak 10MW.
V roce 1998 byla dokončena projektová příprava mezinárodního tokamaku ITER s poloměrem prstence 8,14m, komory 2,8m a fúzním výkonem 1,5GW. Z finančních důvodů se dnes projekt nachází v mrtvém bodě.
JAK SI STOJÍ FÚZE PŘI SROVNÁNÍ S OSTATNÍMI ZDROJI ENEGIE?
vis. o3
NEGATIVNÍ VLIVY FÚZE
Abych pořád fúzní reaktor jen nechválil, je tady jedno obrovské mínus. Jestli by se čistě teoreticky podařilo uvést do provozu v ČR tokamak s parametry mezinárodního ITERU, znamenalo by to obrovský nárůst nezaměstnanosti, která je již teď dost vysoká. Jedna tepelná elektrárna, po zahrnutí multiplikačního efektu tj. zaměstnanost v souvisejících službách, by při výrobě 1000MW zaměstnává cca 25 000 lidí. Předpokládaný tokamak by měl výkon 1,5GW, což je tisíc a půl krát více. Z toho vyplývá, že ČR by měla obrovský nadbytek velice levné energie, která by se dala snadno vyvážet. Ale také by to znamenalo ukončení chodu všech našich elektráren včetně JETE, jestli bude uvedena do provozu a tím by přišlo, troufám si říct sta tisíce lidí o práci. No, nebudeme předbíhat.
KDY TEDY ZAČNEME VYUŽÍVAT ENERGII Z FÚZE?
V roce 1956 se konala konference v Harwellu v Anglii, kde své výzkumy odtajnily doposud samostatně pracující státy: Sovětský svaz, USA a Anglie. Tehdy se zdálo, že bude možné fúzní energii využívat již v blízké budoucnosti. Očekávání se nesplnila a nynější odhady možnosti praktického využití fúzního reaktoru se pohybují kolem roku 2030.
POUŽITÁ LITERATURA:
abc č.15, ročník 44
publikace Hnutí Duha: Bezjaderný region-prosinec 1999, únor 2000
Sedm argumentů pro zastavení projektu JETE-březen 1999
Referendum 2000
www.temelin.cz, www.duhafoe.cz
stránky na vysoké odborné úrovni věnované fúznímu reaktoru a českému tokamaku: http://sco.ipp.cas.cz/tokamak/Welcome.html
Maturita.cz - referát (verze pro snadný tisk)
http://www.maturita.cz/referaty/referat.asp?id=318