Řízená Termojaderná Fúze Pro Každého
Total Page：16
File Type：pdf, Size：1020Kb
ŘÍZENÁ TERMOJADERNÁ FÚZE PRO KAŽDÉHO MILAN ŘÍPA JAN MLYNÁŘ VLADIMÍR WEINZETTL FRANTIŠEK ŽÁČEK PUBLIKACE BYLA VYDÁNA PŘI PŘÍLEŽITOSTI 50. VÝROČÍ ZALOŽENÍ MOTTO ÚSTAVU FYZIKY PLAZMATU AKADEMIE VĚD ČESKÉ REPUBLIKY, V. V. I. Nyní je všem jasné, že první úvahy o tom, jak se dveře do vytoužené komnaty mimořádně vysokých teplot otevřou hladce a bez skřípotu, se při prvním nárazu tvůrčí energie fyziků ukázaly falešné, stejně jako naděje hříšníka vstoupit v království nebeské, aniž by prošel očistcem. Pokud snad mohou být nějaké pochybnosti o tom, že problém termojaderné syntézy bude vyřešen, pak pouze není jasné, jak dlouho se v očistci zdržíme. Z něho musíme vystoupit s ideální vakuovou technikou, přesně určenou geometrií magnetických siločar, s naprogramovanými režimy elektrických obvodů, nesouce v rukou klidné, stabilní vysokoteplotní plazma, čisté jako mysl teoretického fyzika, ještě nenarušeného setkáním s experimentálními fakty. L. A. Arcimovič PODĚKOVÁNÍ OBSAH První vydání Předmluvy 6 Děkuji vedení Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i., v čele s ředitelem prof. Ing. Dr. Pavlem Chráskou, DrSc., Minulost a budoucnost termojaderné fúze v datech ▯ Milan Řípa 8 že nám umožnilo knížku napsat. Děkuji svým spolupracovníkům-spoluautorům, RNDr. Janu Mlynářovi, Ph.D., Přínos O. A. Lavrentěva k výzkumu termojaderné fúze ▯ Milan Řípa 16 Mgr. Vladimíru Weinzettlovi, Ing. Františku Žáčkovi, CSc., za neuvěřitelně příjemnou, povzbudivou a inspirující Proč právě termojaderná fúze? ▯ Vladimír Weinzettl 19 tvůrčí atmosféru. Děkuji dalším zaměstnancům Ústavu fyziky plazmatu, kteří pomohli radou: Ing. Jiřímu Matějíč- Plazma a princip termojaderné fúze ▯ Milan Řípa 22 kovi, Ph.D., Ing. Ivanu Ďuranovi, doc. Ing. Pavlu Šunkovi, CSc., Ph.D., RNDr. Karlu Koláčkovi, CSc., Ing. Jiřímu Magnetické a inerciální udržení ▯ Milan Řípa, Jiří Limpouch 25 Ullschmiedovi, CSc., a RNDr. Jaroslavu Štrausovi. Jsem rád, že mohu za totéž poděkovat dlouholetému zaměst- Princip tokamaku ▯ Vladimír Weinzettl 33 nanci Fyzikálního ústavu AV ČR Ing. Otu Štirandovi, CSc., prof. RNDr. Milanu Tichému, DrSc., z Matematicko-fy- Historie termojaderné fúze ve světě ▯ Milan Řípa 39 zikální fakulty UK a zejména děkuji doc. Ing. Jiřímu Limpouchovi, CSc., z Fakulty jaderné a fyzikálně inženýrské Historie termojaderné fúze v České republice ▯ František Žáček 53 ČVUT za cenné připomínky k popisu inerciálního udržení. Nemohu zapomenout na jazykovou korekturu Významná termojaderná zařízení ▯ Milan Řípa, Jan Mlynář 56 a připomínky Ing. Marie Dufkové (Energetická společnost ČEZ, a. s.), Roberta a Michaely Čapkových, stejně tak ITER ▯ Milan Řípa 81 na mimořádně pečlivé přečtení rukopisu paní Irenou Webrovou (Tiskový odbor Akademie věd České republiky). Měření parametrů plazmatu tokamaku COMPASS – diagnostika ▯ Vladimír Weinzettl 90 Tak malá knížečka a tolik lidí přispělo k jejímu napsání a vydání… Termojaderné technologie ▯ Milan Řípa 102 Mezinárodní spolupráce České republiky v oblasti termojaderné fúze ▯ Milan Řípa 107 Milan Řípa, editor Budoucnost termojaderné fúze ▯ Jan Mlynář 110 V Praze 15. dubna 2005 Doslov ▯ Milan Řípa 113 Fúze na internetu ▯ Vladimír Weinzettl 114 Výkladový slovník ▯ Milan Řípa, František Žáček 117 Předpony pro vedlejší jednotky 144 Druhé a zejména třetí, přepracované vydání Literatura ▯ Milan Řípa, Jan Mlynář 145 Děkuji řediteli Ing. Petru Křenkovi, CSc., že nám umožnil přepracovat a vydat mimořádně úspěšnou knížku a po- Resumé – Controlled Thermonuclear Fusion for Everybody 149 chopitelně děkuji spoluautorům RNDr. Vladimíru Weinzettlovi, Ph.D., Ing. Žáčkovi, CSc., RNDr. Janu Mlynářovi, Autoři 150 Ph.D., za aktualizaci „svých kapitol“, RNDr. Vladimíru Weinzettlovi, Ph.D., za napsání zcela nové a užitečné kapitoly „Měření parametrů plazmatu – diagnostika“ a RNDr. Janu Mlynářovi, Ph.D., za podrobné přečtení tex- tu, které se stalo východiskem pro aktualizační práci ostatních autorů. Děkuji redaktorce ITER Newsline Sabině Griffi thové, která obratem odpovídala na zvídavé otázky. Děkuji zástupkyni společnosti ČEZ Ing. Marii Dufkové za to, že zajistila grafi cké zpracování knížky a bude se podílet na její distribuci. Milan Řípa V Praze 15. dubna 2011 6 ŘÍZENÁ TERMOJADERNÁ FÚZE PRO KAŽDÉHO PŘEDMLUVA 7 PŘEDMLUVA První vydání více než čtyřicet let TOKAMAK! Takže skutečnost předběhla vizi pana profesora o sedm roků! Výkon 16 MW Spolu s kolegy z Ústavu fyziky plazmatu AV ČR jsme se v roce 20. výročí generování prvního plazmatu na dosud tokamaku JET v roce 1997 je menší než příkon ohřevu plazmatu a reakce trvala jen dvě sekundy. Připravova- největším tokamaku na světě – evropském JET – pokusili sepsat, a v roce, který by měl rozhodnout o místě ný mezinárodní tokamak ITER příkon ohřevu zesílí nejméně desetkrát, a protože vinutí elektromagnetů bude stavby termojaderného reaktoru ITER poskytnout co nejširší veřejnosti základní informace o tom, co termoja- supravodivé, výboj zhasne až po více než deseti minutách. derná energie pro společnost znamená. Důraz jsme kladli na historii, na cestu, kterou vědci a technici museli Třetí otázka se týká stavu prací na ITER. Tomuto tématu se podrobně věnuje kapitola se stejným názvem. Práce zvládnout, než dospěli ke stavbě ITER. Ostatně projektované termojaderné zařízení ITER (původně International na jihu Francie pokračují ovšem pravidelným tempem a to, co platí dnes, kdy knížku píšeme, bude v okamžiku Thermonuclear Experimental Reactor) latinsky znamená CESTA… jejího vydání překonáno. Doporučujeme navštívit stránky http://www.iter.org či Facebook patřící ITER. Knížce dominují dvě kapitoly: obsáhlý přehled historie výzkumu fúze v datech zakončený výhledem do její Pět let je v historii výzkumu řízené termojaderné fúze hodně. Začal se stavět mezinárodní tokamak ITER, v Čes- nejbližší budoucnosti a přehled velkých termojaderných zařízení. Odborné termíny a zkratky jsou vysvětleny ké republice fungují dokonce dva tokamaky: COMPASS v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i., a GOLEM na buď poznámkami v textu pod čarou nebo ve Výkladovém slovníku. Další informace o fúzi najdete v kapitole Fakultě jaderné a fyzikálně inženýrské ČVUT, tamtéž obhájili diplomové práce první studenti zaměření Fyzika Literatura nebo Fúze na internetu. a technika termojaderné fúze. Ve výzkumu fúze se objevily nové fyzikální, technologické a dokonce i historické poznatky. V neposlední řadě nezaháleli autoři a během pěti let nabyli nových zkušeností. Určitě všichni uvítali Milan Řípa, Jan Mlynář, možnost třetího vydání nesmírně úspěšné knížečky. Třetí vydání doznalo oproti předešlým řady změn. Vznikla Vladimír Weinzettl, František Žáček nová kapitola Přínos O. A. Lavrentěva k výzkumu termojaderné fúze, byl podstatně rozšířen Výkladový slovní- ček, kde jsme ponechali anglické ekvivalenty, jsou doplněny kapitoly Významná termojaderná zařízení, Minulost a budoucnost termojaderné fúze v datech, Historie termojaderné fúze v Česku a ITER, je zcela přepracována Druhé a zejména třetí vydání kapitola Historie termojaderné fúze ve světě. Pochopitelně byly opraveny věcné chyby a překlepy prvních dvou Záhy po zveřejnění informace v denním tisku bylo první vydání knížky, kterou Ústav fyziky plazmatu AV ČR posí- vydání. lal zájemcům zdarma, rozebráno. Naštěstí se objevila nabídka Energetické společnosti ČEZ, a. s., vydat knížku Tři z autorů pravidelně přednášejí na vysokých školách. Dva se věnují popularizaci řízené termojaderné fúze stejným nákladem podruhé a zařadit ji do svého velkorysého programu energetického vzdělávání mládeže Svět formou článků a přednášek na středních školách a dva jsou členy Public Information Network při European energie. V druhém vydání jsme doplnili aktuální informace o projektu ITER a rozšířili Výkladový slovník. Rovněž Fusion Development Agreement – neformálního sdružení evropských popularizátorů fúze. Jmenované aktivity jsme zahrnuli připomínky čtenářů prvního vydání týkající se srozumitelnosti textu. nesmírně pomohly při aktualizaci knížky. Poslední poznámka se týká jazykového vybavení autorů. Celá čtveřice Pravidelný kontakt autorů s veřejností identifi koval tři opakující se otázky. Zcela zásadní je rozdíl mezi štěpnou zná ruštinu, což je v případě termojaderné fúze trefa do černého, neboť nejúspěšnější termojaderné zařízení a slučovací (fúzní) jadernou reakcí. To, že si lidé pod pojmem jaderná energie představí v lepším případě Teme- tokamak vymysleli v Moskvě. lín a v horším případě Černobyl či Fukušimu, nelze mít laikům za zlé. Jedním z úkolů knížky je zdůraznit zásadní Věříme, že i třetí vydání bude stejně úspěšné jako dvě předchozí. rozdíly mezi oběma typy jaderných reakcí. Štěpný reaktor v každém okamžiku obsahuje desítky tun paliva. V reaktoru probíhá řetězová reakce. Jak použité palivo, tak odpad tvořený mnoha různými prvky jsou a zůstá- Milan Řípa, Jan Mlynář, vají radioaktivní stovky tisíc let. Naproti tomu slučovací či fúzní reaktor v každém okamžiku obsahuje gramová Vladimír Weinzettl, František Žáček množství paliva. Reakce není řetězová a jakákoli nestandardní situace znamená okamžité vyhasnutí jaderné reakce. Primární palivo deuterium a lithium ani odpad helium nejsou radioaktivní. Druhá otázka zní „kdy?“. Kdy bude fúze vyrábět elektřinu? Věřme, že kritická bude polovina tohoto století. Mimochodem média ráda papouškují tezi o jediné platné konstantě ve fúzním výzkumu: „V kterémkoli okamži- ku platí, že fúze bude fungovat za 20 let.“ V roce 1955 na 1. mezinárodní konferenci o mírovém využití atomové energie v Ženevě totiž významný indický vědec Homi Bhabha prohlásil, že do 20 let bude známa metoda jak uvolnit jadernou energii pomocí fúze.