.jpg)
.jpg)
.JPG){kind=small}
Zpět na seznam
Jaký je rozdíl mezi klasickým jaderným reaktorem a termonukleárním reaktorem (TOKAMAKem)? Proč jsou tokamaky zajímavé pro budoucnost?
Alexej Kovalyšin (náměstek ředitele výzkumu, Kurčatovův institut): Klasické jaderné reaktory generují energii štěpením těžkých jader, zatímco termonukleární reaktory musí energii získávat fúzí lehkých jader. Mezi klasickým jaderným reaktorem a termonukleárním existují dva významné rozdíly. Prvním je to, že fúzní reaktor produkuje podstatně méně radioaktivních produktů než klasický jaderný reaktor. Za druhé termonukleární energie má neporovnatelně větší zdrojovou základnu.
Jaderná energie, kterou člověk používá, byla kdysi uložena ve vesmíru jako výsledek životního cyklu první generace hvězd. Energie byla uložena v těžkých jádrech (uran, thorium) a v lehkých (je jich celkem dost). Jaderná energie se uvolňuje štěpením těžkých jader nebo syntézou těch lehkých. Naučili jsme se získat jadernou energii z těžkých jader v prostředí jaderných reaktorů.
Štěpí-li se těžké jádro, je náhodně rozděleno na dva fragmenty, vznikají přitom téměř všechny prvky periodické tabulky; tyto jsou tvořeny jako vedlejší produkt, většina z nich je radioaktivní. Během syntézy lehkých jader se tvoří jeden nebo dva specifické produkty, které radioaktivní nejsou. Proto je termonukleární energie mnohem „čistší“.
Dalším rozdílem je zdrojová základna. Zdrojovou základnou jaderné energie jsou zásoby uranu a thoria. Jsou velké, ale omezené. Energie uložená v těchto prvcích bude lidstvu stačit na mnoho stovek let. Zdrojová základna termonukleární energie je prakticky nekonečná.
Odpověď na druhou část otázky: Zvládnutí termonukleární energie se ukázalo jako velmi obtížný problém. Nyní se vědci z celého světa potýkají s otázkou fúze jader deuteria a tritia, dále deuteria a deuteria. Tyto reakce jsou podstatně méně radioaktivní než jaderné, ale přesto produkují určité množství radioaktivních produktů.
Ovládnutí těchto reakcí navždy zachrání lidstvo před energetickými problémy. Dalším krokem je zvládnutí celého spektra termonukleárních reakcí. Myšlenka na to, jak by vypadal svět, který osedlá termonukleární reakci, například bor-vodík, je velmi dobře ukázána ve sci-fi Iron Man
Rusko postavilo první jadernou elektrárnu (nevojenské využití), v oblasti jaderných ledoborců má vedoucí postavení. V souvislosti se vznikem ruských hypersonických zbraní naznačují některá média, že si Ruská federace poradila s otázkou výstavby kompaktních reaktorů. Jak se tyto liší od jaderných zařízení, umístěných na palubách meziplanetárních sond? V čem je ruský vědecký průlom? V padesátých letech se USA i SSSR pokusily vytvořit jaderné motory pro bombardéry dlouhého doletu.
Do začátku šedesátých let Sovětský svaz i USA aktivně pracovaly na konstrukci jaderných letadel a jaderných řízených střel pro vojenské účely. Zároveň byly vyřešeny hlavní technické problémy. Dokonce vzlétl upravený bombardovací letoun TU-95 s jaderným reaktorem na palubě.
Tuto práci měl na starosti Kurčatovův institut. Poté co byly pod vedením S. P. Koroljova zkonstruovány balistické střely, okamžitě bylo jasné, že tyto střely představují řešení pro veškerou škálu definovaných úkolů. Od dalšího vývoje leteckých jaderných nosičů bylo upuštěno z následujících důvodů: nebylo možné ochránit posádku ani náklad před radioaktivním (o)zářením.
Tokamak používá jako palivo vodík. Je možné předpokládat, že mořská voda, obsahující vázaný vodík, může být alternativním zdrojem paliva?
Fúzní reaktor by měl používat nejen vodík, ale těžké izotopy vodíku (deuterium). Obsah deuteria ve vodě je 0,01 %. Tato skutečnost nám umožňuje tvrdit, že vývoj termonukleární reakce bude schopen poskytnout lidstvu energii navždy. Odpověď na vaši otázku je tedy ano.
Nedaleko města Tomsk se staví reaktor s uzavřeným cyklem, založeným na principu rychlých neutronů. Jak pomůže nakládat s vyhořelým palivem z jiných jaderných elektráren? Co je to uzavřený cyklus? Je toto ono perpetuum mobile?
Stávající jaderná energetika využívá izotop uranu 235. Jeho obsah v přírodním uranu je pouze 0,7 %. Reaktory na principu rychlých neutronů umožňují využít zbývajících 99,3 % uranu 238. Nejprve, v důsledku jaderné reakce, přeměňují uran 238 na plutonium, poté ho spálí. Kromě toho jsou tyto reaktory navrženy tak, aby obsah plutonia ve vyhořelém palivu byl vyšší než v původním. Taková operace vyžaduje 1) přepracování vyhořelého paliva, tzn. výrobu nového paliva z vyhořelého, 2) opětovné vložení recyklovaného paliva do reaktoru. To znamená, že cyklus reaktor – zpracování – reaktor je ve své podstatě uzavřený.
Rusku nebylo povoleno dokončit stavbu jaderné elektrárny Dukovany v České republice. Potřebuje Rusko tento projekt, pokud se další éra posouvá do říše termonukleární fúze?
Jaderná energie se již dlouho komercializuje, stejně jako rozhodnutí o jejím využití a podpoře. Tato otázka, konkrétně na Dukovany, by tedy měla být adresována spíše české vládě. Je třeba poznamenat, že první etapa JE Dukovany (ČSSR) byla realizována v úzké spolupráci specialistů ze zemí RVHP, kde hráli důležitou roli specialisté z Československa.
Má termonukleární fúze uplatnění v obranném průmyslu?
Termonukleární fúze pro vojenské účely byla zvládnuta již v 50. letech. Páteř strategických jaderných sil Ruska a Spojených států tvoří termonukleární hlavice. To umožnilo světu, aby se 75 let vyhýbal velkým, ničivým válkám. Ukázalo se, že řešení problému mírového využití termonukleární fúze je mnohem obtížnější.
Je pravda, že se na místě, kde působí aktivní tokamak, může objevit černá díra? Jaké jevy spojené s teorií relativity jsou v ní (singularitě/kolapsaru) pozorovány?
Černá díra v místě, kde tokamak působí, nemůže vzniknout. Příliš odlišné řády energií... Je známo, že aby se na místě Země objevila černá díra, musí být zeměkoule zkomprimována na velikost krabičky od zápalek. Tokamak takovou energií nedisponuje.
Tokamak pracuje na principech klasické fyziky. Jevy spojené s teorií relativity, ke kterým dochází v tokamaku, jsou jakýmsi defektem hmoty, resp. transformací hmoty do energie, a to dle známého vzorce E = mc2. To však není rysem tokamaku, ale jaderných reakcí obecně.