24. 6. 2014
Barevný den je jedna z nejoblíbenějších aktivit, které probíhají na našem gymnáziu. Většina kolegů se snaží naše studenty zaujmout a nalákat je na různé přednášky, exkurze či sportovní zápolení. Již tradičně zvou chemici zájemce do univerzitního kampusu, kde mají mladí vědci pro nás připravené zajímavé dopoledne. V letošním roce nás čekala přednáška na téma Tokamaky a prohlídka radiochemické laboratoře. O tom, že studenty i tohle náročné téma zaujalo, svědčí článek Petra Lišky ze 4.A.
Toto úterý 24. 6. jsem měl možnost zúčastnit se v rámci Barevného dne velmi zajímavé přednášky o Tokamacích. Jelikož ropa a uhlí nejsou zdroje nevyčerpatelné a od atomové energie se ustupuje, jako příklad můžeme uvést Německo, a také z toho důvodu, že ostatní energetické zdroje by nebyly schopny uživit už tak početnou populaci, hledají samozřejmě lidé jiný zdroj energie, který by vyřešil energetickou krizi.
Takovýmto zdrojem by se mohl stát Tokamak. Jde o elektrárnu fungující na principu jaderné fúze, kterou můžeme například pozorovat u Slunce, kdy se z vodíku stává hélium 4He a uvolňuje se obrovské množství energie. U Slunce se tato reakce děje při teplotách pohybujících se kolem 15 milionů stupňů Celsia. Abychom byli vůbec schopní nastartovat fůzi u nás na Zemi, potřebovali bychom teplotu alespoň 10x větší, tedy něco kolem 150 milionů stupňů, což určitě není vůbec lehké, ale není to nemožné. Musíme si také ale hlavně uvědomit, že něco jiného je tuto teplotu vyvinout a poté ji udržet po nějakou určitou dobu.
Termín Tokamak se objevil už v 50. letech minulého století v Rusku. Ruští vědci Igor Jevgeněvič Tamm a Andrej Sacharov použili toto slovní spojení jako označení zařízení тороидальная камера с магнитными катушками" (toroidní komora v magnetických cívkách). Z hlediska pozemských zdrojů se jako největší kandidát zdál izotop těžkého a supertěžkého vodíku (deuteria a tritia, které vyzařuje slabé beta záření). Při této reakci, jak už jsem dříve zmiňoval, vznikalo helium a neutron. Také se při ní uvolňovalo přímo masivní množství energie. Reakce probíhá za teploty "pouze" 100-200 milionů Kelvinů,ale samozřejmě při těchto velmi vysokých stupních se dostává hmota do stavu plazmatu. To je právě kámen úrazu. Deuteria je na Zemi poměrně dost ve vodě a tritium je získáváno v těžkovodních jaderných reaktorech při výrobě plutonia z přírodního uranu. Udržet však plazmu, aby se nedotkla stěn reaktoru je velmi náročné a stává se tak za pomocí magnetických cívek, které jsou schopny plazma udržet jenom několik sekund.
Přesto, že provoz takového reaktoru by se stal banální záležitostí a paliva je na celém světě hodně a je roztroušeno rovnoměrně po celé planetě (energie z tohoto zdroje by lidstvu vydržela 1 000 let), postavit fúzní reaktor je opravdu velmi náročné, hlavně finančně, a i když je projekt sponzorován a podporován mnoha zeměmi, jako jsou například USA, Rusko, Japonsko a Jižní Korea, zatím se do vývoje tohoto typu elektráren nikdo "nehrne", neboť je samozřejmě pro všechny ekonomicky výhodnější zatím zpracovávat ropu a uhlí, což je dle mého názoru velice smutné.
Jako budoucnost se zdá projekt s názvem ITER, jež je označován za druhý nejdražší projekt lidstva v historii, který má za cíl vystavět na jihu Francie fúzní reaktor, schopný udržet plazma po dobu 500 sekund, což by byl opravdu výrazný pokrok a otevřelo by nám to pomyslnou bránu do světa, kde (lidově řečeno) vyrábíme energii z vody. Cituji: "Získání první plazmy se předpokládá v listopadu 2020 a spuštění na plný výkon v roce 2027. Objem reaktoru je asi 840 m3. Plánovaný výkon by měl být 500 MW během zážehů pulsů plazmatu trvajících přinejmenším 500 s." Velice dobře by se nám zpracovával i odpad z reaktoru, kterým by bylo helium a lithium. Vyhořelé palivo by přestalo být po 100 letech méně nebezpečné než odpad, který odchází z uhelných elektráren, který má poločas rozpadu miliardu let a obsahuje nebezpečné částice uranu. Můžete si říci, že 100 let je dlouhá doba, ale v poměru s klasickým radioaktivním odpadem, který se stává poměrně bezpečným až po nějakých 500 letech, je to docela dobrá vyhlídka. Můžeme jenom čekat a doufat, že alespoň naše děti se třeba dožijí budoucnosti, kde se nebudou už muset bát nedostatku elektrické energie.
To by však nebyli lidé, kdyby na každé dobré věci nenašli také alespoň něco špatného, co by se dalo použít k vojenským účelům. Mnoho lidí si myslí, že nejničivější zbraní co kdy lidé vytvořili, je atomová bomba. Tímto bych mnohé z vás chtěl vyvést z omylu, protože ještě ničivější je puma vodíková, tzv. fúzní. Jde o jadernou bombu, která však slouží jenom jako rozbuška a zažehává termonukleární reakci, která zapálí přídavný materiál. V 60. letech se takto naplňovaly bomby právě kapalným vodíkem. Taková bomba byla schopna zničit domy v okruhu 20 km a zapálit hořlavé předměty v okolí 100 km. Nejslabší bomby dosahovaly 100kT, ale ty nejničivější až několik desítek megatun! Nejnebezpečnější vodíková bomba byla vyvinuta ruským národem a byla testována na Sibiři v 60. letech. Jmenovala se CAR a měla sílu 110 megatun! Toho se však Rusové zalekli a snížili tedy sílu bomby olověným obalem na 57 megatun. I tak ale bomba Car zničila přilehlé okolí v okruhu 280 kilometrů a způsobila zemětřesení o síle 5 na Richterově stupnici. Můžeme jenom doufat, že nikoho nikdy nenapadne použít něco tak strašného, jako je tato bomba.
Snad už na závěr bych chtěl ještě říci, že přednáška se mi velice líbila a byla pro mě dobrým poučením. Pokud bych měl možnost, rád bych se o tomto tématu dozvěděl více a doporučil bych všem, kteří se zajímají o fyziku, energetiku a techniku, aby si přečetli něco málo o Tokamacích a při nejbližší příležitosti se zúčastnili také nějaké přednášky. Dle mého názoru právě zájem veřejnosti by mohl pomoci nastartovat velice dobře nakročený, již zmiňovaný projekt ITER, a snad také nastartovat pomyslnou zlatou éru v oblasti energie.
Petr Liška