EURATOM

VÝZKUM FÚZEVÝZKUM FÚZEVolba energie Volba energie

pro budoucnost Evropypro budoucnost Evropy

VŠE

OBE

CN

É IN

FORM

AC

E

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 1

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 2

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 3

EUROPEAN COMMISSION

Directorate-General for Research

Fusion energy research

Unit J4 Fusion Association Agreements

Kontakt: R. Antidormi

European Commission

Office CDMA 5/130

B-1049 Brussels

Tel.: (32-2) 29-98899

Fax: (32-2) 29-64252

E-mail: rosa.antidormi@ec.europa.eu

Zajímáte se o evropský výzkum?RTD info je náš čtvrtletní časopis, který Vám přiblíží hlavní novinky ve vývoji(výsledky, programy, události a podobně)Časopis vychází v angličtině, francouzštině a němčině. Vzorové vydání ipravidelný odběr lze bezplatně získat na adrese:European CommissionDirectorate-General for ResearchInformation and Communication UnitB-1049 BrusselsFax: (32-2) 29-58220E-mail: research@ec.europa.euInternet: http://ec.europa.eu/research/rtdinfo/index_en.html

ld_409435_CEE 23/10/06 10:57 Page 4

Evropská komise

VÝZKUM FÚZEVÝZKUM FÚZEVolba energie Volba energie

pro budoucnost Evropypro budoucnost Evropy

Generální ředitelství pro výzkumVýzkum fúzní energie2006

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 5

6

Europe Direct je služba, která Vám pomůže nalézt odpověď na Vaše otázky o Evropské unii

Bezplatné telefonní číslo

00 800 6 7 8 9 10 11

PRÁVNÍ POZNÁMKA:

Ani Evropská komise, ani žádná osoba působící jménem komise není odpovědná zadůsledky vyplývající z použití následujících informací.

Za názory vyjádřené v této publikaci nese odpovědnost autor a nejsou nezbytně názoremEvropské komise.

Velká část dalších informací o Evropské unii je dostupná na internetu.

Jsou k nahlédnutí na serveru Europa (http://europa.eu).

Katalogizující údaje jsou uvedeny na konci této publikace

Luxembourg, Office for Official Publications of the European Communities, 2006

© European Communities, 2006

Reprodukce je autorizována, pokud je zmíněný její zdroj

Tištěno v BelgiiTIŠTĚNO NA BÍLÉM BEZCHLOROVÉM PAPÍRU

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 6

7

ObsahObsah

ÚVOD DO TERMOJADERNÉ FÚZEPotřeba bezpečné a udržitelné energie 9Zdroj energie hvězd 10Uvolnění fúzní energie 11Bezpečnost 12Dopad na prostředí 13Pokroky ve výzkumu magnetické fúze 14

EVROPSKÝ FÚZNÍ PROGRAMITER a evropská strategie fúze 16Evropský prostor pro výzkum fúze 18

JAK FUNGUJE FÚZE?Fúze s magnetickým udržením 20Hlavní části tokamaku 22Ohřev plazmatu 24Diagnostika a modelování plazmatu 25ITER, cesta k fúzní energii 26Perspektivní technologie 28

Další aktivity ve „fúzní“ Evropě 30EIROforum 32Vzdělávání a školení odborníků ve „fúzní“ Evropě 33Příspěvky výzkumu a vývoje fúze k jiným oblastem vyspělých technologií 34

Odkazy 35O filmu Tvůrci hvězd (The starmakers) 38DVD 39

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 7

8

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 8

9

Potřeba bezpečné a udržitelné energiePotřeba bezpečné a udržitelné energie

Ekonomika Evropské unie (EU) závisí na bezpečné a dostatečněsurovinově zabezpečené energii. Dnešní požadavky uspokojujípředevším fosilní paliva (nafta, uhlí a zemní plyn), která pokrývají 80 %celkové spotřebované energie. Téměř 67 % fosilních paliv se musídovážet. Dovážená fosilní paliva dnes zabezpečují 50 % energetickéspotřeby EU a do roku 2030 se očekává nárůst asi na 70 %, zvláštěnafty.

Standard našeho života by měly zajistit bezpečné a udržitelné zdrojeenergie. Evropští vědci již dnes vyvíjejí řadu pro prostředí přijatelných,bezpečných a takzvaných udržitelných energetických technologií. Fúzeje jednou z nich.

Dlouhodobě fúze představuje možnost vydatného zdroje energie, kterýtéměř neovlivňuje prostředí. Jde o bezpečný zdroj, co se týče odpadů,a palivo se nachází doslova na každém kroku.

Fúzní elektrárny budou vhodné pro výrobu základní dodávky energiea budou sloužit potřebám hustě obydlených oblastí a průmyslovýchzón. Fúzní elektrárny mohou také vyrábět vodík pro „vodíkovouekonomii“.

Brožurka, kterou máte před sebou, pojednává o práci evropskýchvědců zaměřené na využití fúzní energie pro potřeby společnosti.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 9

10

Zdroj energie hvězd Zdroj energie hvězd

Fúze je proces, který „živí“ slunce a další hvězdy. Obrovský gravitační tlakdovoluje dosáhnout ve středu Slunce teploty kolem 10 miliónů stupňů Celsia.Lehká jádra se pak slučují – „fúzují“ – dohromady a uvolňují při tom energii.

Při této teplotě se plyn stává „plazmatem“, kde elektrony jsou zcela oddělenyod atomových jader (iontů). Plazma je čtvrté skupenství hmoty a vyznačuje sevelmi specifickými vlastnostmi. Studiem těchto vlastností se zabývá relativně mladéodvětví vědy – fyzika plazmatu. Ačkoli plazma se na Zemi vyskytuje zřídka, vícenež 99 % známého vesmíru je tvořeno právě plazmatem.

Při mnohem nižších tlacích (10 miliardkrát menších než ve Slunci), které umímevytvořit na Zemi, jsou pro uvolnění fúzní energie v míře, která nás zajímá,zapotřebí teploty nad 100 miliónů stupňů Celsia. K dosažení vysokých teplotje nezbytný výkonný ohřev a minimalizace tepelných ztrát. Jako každé tepelnéztráty i tepelné ztráty horkého plazmatu lze snížit izolací, v tomto případě izolacíplazmatu od stěn nádoby. Plazma se proto uzavírá do toroidální „klece“vytvořené silným magnetickým polem, které brání elektricky nabitým částicímuniknout – tento nejmodernější způsob izolace je základem evropského fúzníhoprogramu.

FúzmávývvyšvoNavys(já

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 10

11

Uvolnění fúzní energie

Fúzní reakce mezi dvěma izotopy vodíku – deuteriem (D – oproti normálnímu vodíkumá v jádře navíc jeden neutron) a tritiem (T – dva neutrony) – je východiskem provývoj první generace fúzních reaktorů, neboť všechny ostatní fúzní reakce vyžadujívyšší teploty. Deuterium se běžně vyskytuje v přírodě jako neradioaktivní izotopvodíku a lze je získávat z vody (v každém krychlovém metru vody je 35 g deuteria).Na Zemi žádné tritium nenajdeme, ale bude se vyrábět z lithia (lehký, hojně sevyskytující kov) uvnitř fúzního reaktoru. Každá fúzní reakce uvolňuje alfa částice(jádra helia) a rychle se pohybující neutrony.

Schéma budoucího fúzního reaktoru

Supravodivý magnet

D+T

Plazma

Obal (obsahující lithium)

Stínící struktura

Tepelnývýměník

Parní kotel (parogenerátor)

Helium

Tritiuma helium

Tritium

Deuteriovépalivo

T+4He

Elektrickáenergie

Vakuovánádoba

Turbina a generátor

Neutrony unikají z plazmatu a jsouzpomalovány v „obalu“ obklopujícímplazma. Uvnitř obalu se mění lithium natritium, které je vraceno zpět do vakuovékomory jako palivo. Teplo pocházející zezabržděných neutronů je možné použít kvýrobě páry, která pohání turbiny provýrobu elektrické energie.K zásobení elektřinou města s jednímmiliónem obyvatel po dobu jednoho roku,stačí fúzní elektrárně jediný malý nákladníautomobil paliva.

Fúzní reakce

D +T 4 He+n+17,6 MeV

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 11

12

Fúzní reaktor bude fungovat jako plynový hořák:do systému je vstřikováno palivo, které v němhoří. Jakmile se přívod paliva přeruší, fúzezhasne během několika sekund. V každémokamžiku je v reakční komoře paliva velmi málo(asi 1 g směsi D-T v objemu 1000 m3). Jakákolinestandardní funkce zařízení znamenáochlazení plazmatu a reakce se zastaví.

Výchozí fúzní paliva, deuterium a lithium, stejnětak výsledek reakce, helium, nejsou radioaktivní.Radioaktivní palivový mezičlánek – tritium –vyhasíná relativně rychle (jeho poločas rozpaduje 12,3 roků) a rozpad doprovází uvolňováníelektronů (beta rozpad) s velmi malou energií.Ve vzduchu tyto elektrony doletí pouze několikmilimetrů a neproniknou ani listem papíru. Tritiumje ovšem nebezpečné, pokud se dostane doorganismu. Proto v prostoru, kde se s tritiem pracuje, je nutnédodržovat předepsané bezpečnostní předpisy.Tritium potřebné pro fúzní reakci není nutnépravidelně vozit do termojaderné elektrárny,neboť se vyrábí v komoře reaktoru.

BezpečnostBezpečnost

Zařízení pro práci s tritiem

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 12

13

Důsledky pro prostředíDůsledky pro prostředí

Tepelná energie uvolněná fúzními reakcemi bude využívána podobnějako dnes, tedy například pro výrobu elektřiny nebo jako teplo proprůmyslové účely. Je tu ale i další možnost – výroba vodíku.

Spotřeba paliva fúzní elektrárny je mimořádně nízká. Pro celoročníelektrický výkon 1 GW bude fúzní elektrárna potřebovat asi 100 kgdeuteria a tři tuny přírodního lithia. Termojaderná elektrárna tak za rok vyrobí sedm miliard kWh elektřiny. Aby vyrobila stejné množství energie, potřebuje tepelná elektrárna 1,5 miliónu tun uhlí.

Fúzní reaktory neprodukují skleníkové plyny a další nečistoty, kterémohou znečistit prostředí a/nebo ovlivňovat podnebí.

Neutrony uvolňované při fúzní reakci aktivují materiály konstrukceobklopující plazma. Pečlivý výběr těchto materiálů dovolí, po zastaveníčinnosti elektrárny, upustit od předepsaných kontrol jejich radioaktivity(a možná je i recyklovat) asi po 100 letech. Z těchto důvodů nebude

odpad fúzních elektrárenzatěžovat budoucí generace.

hořák:ěm

máloákoli

tejněktivní.–paduánígií.olikTritiumo

nutnépisy.

y,

Evropské zařízení tokamak JET (Culham, Spojené království)

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 13

14

Pokroky ve výzkumu magnetické fúzePokroky ve výzkumu magnetické fúze

Dosažené fúzní výkony

Fúzn

í výk

on [M

W]

Tore Supra (Cadarache,Francie) pro vysokovýkonovýplazmový výboj s rekordnídobou trvání

Evropský tokamak JET (JointEuropean Torus) postavený vCulhamu (Spojené království) jenejvětší fúzní zařízení na světě a jetaké jako jediný schopný běžněpracovat se směsí paliva D-T. JETdosáhl všech plánovaných cílů a vněkterých případech je dokoncepřekročil. V roce 1997 dosáhlsvětového rekordu 16 MW fúzníhovýkonu.

Čas [s]

V Evropě existuje několik velkých fúzních zařízení, která přispívají k databázivědomostí potřebných pro další rozvoj výzkumu fúze. Jeden z posledníchrekordů byl dosažen na velkém tokamaku TORE SUPRA ve Francii, kde sestudovala kvazistacionární činnost fúzního zařízení. V roce 2003 vytvořil TORESUPRA rekord šest a půl minuty v době trvání vysokovýkonného plazmovéhovýboje. Celková energie použitá k udržení plazmatu během této doby, kterátaké byla jako teplo z plazmatu uchlazena, byla větší než jeden gigajoule (tisícmiliónů joulů – toto množství by stačilo uvést do varu tři tuny vody).

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 14

15

ý

Pokrok fúzního výzkumu ve světě

Jednoduchý parametr srovnávající výkon fúzních zařízení je koeficientzesílení Q, což je poměr uvolněného fúzního výkonu k výkonuohřívajícímu plazma. V samostatně hořícím plazmatu (Q = ∞), je energie unikající z plazmatunahrazována energii, kterou si vyrábí plazma svým hořením – fúzní reakcí.V tomto případě není třeba pro udržení vysoké teploty plazmatu dodávatz vnějšku žádnou energii.Plazma bude stejně jako oheň v kamnech dále „hořet“, pokud budedodáváno palivo. V budoucích reaktorech nebude zapotřebí dosáhnouttéto podmínky a bude stačit reaktor navržený „pouze“ jako zesilovačvýkonu.

Když JET vyrobil 16 MW fúzního výkonu, dosáhl Q = 0.65. Budoucízařízení, ITER, má dosáhnout Q = 10, zatímco budoucí fúzní reaktorybudou pracovat při Q = 40 až 50.

Poněvadž většinasoučasných fúzních zařízenínepoužívá jako palivotritium, jejich výkon jepopisován kombinacíparametrů plazmatu, kteráukazuje, jak jsou jejichparametry blízko oblastiodpovídající fúznímpodmínkám. Na obrázku jeznázorněna závislostkoeficientu Q na teplotěplazmatu pro různétokamaky celého světa.Zařízení s největšímvýkonem dosáhlaparametrů plazmatu, kterése blíží reaktorovýmpodmínkám.

Zapálení

Reaktorovépodmínky

Nedosažitelnáoblast

?

Experimenty se směsí DT

Hranice

dan

á brzd

ným zá

řením

TFTR

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 15

16

ITER a evropská fúzní strategie ITER a evropská fúzní strategie

Dlouhodobým cílem fúzního výzkumu a vývoje v členských státechEvropské unie (spolu se státy přidruženými k Rámcovémuprogramu ) je „společně vytvořit prototypy reaktorů pro elektrárny,které by splňovaly potřeby společnosti: bezpečnou činnost,slučitelnost s prostředím a ekonomickou životaschopnost“.

Strategie dosažení tohoto dlouhodobého cíle zahrnuje vývojexperimentálního reaktoru, který byl zahájen v mezinárodníspolupráci jako projekt „ITER“. Hlavním programovým cílem mezinárodního tokamaku ITER jepředvést vědeckou a technologickou způsobilost fúzní energie promírové účely. ITER splní tento cíl tak, že předvede řízené hořenídeuterio–tritiového plazmatu, přičemž za konečný cíl jepovažován ustálený provoz, a současně vyzkouší reaktorovétechnologie v integrovaném systému (nikoli jednotlivě na různýchzařízeních).

Po ITER bude následovat demonstrační reaktor („DEMO“), kterýpoprvé bude schopen vyrábět významné množství elektřiny abude, co se týče tritia, soběstačný. Stavba ITER a později DEMOsi vyžádá důkladné zapojeníevropského průmyslu a budedoprovázena nezbytným rozvojemfyziky a technologickými výzkumnými avývojovými čirnnostmi ve fúzníchlaboratořích a na univerzitách.

Schéma ITER

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 16

17

Souběžně s projektem ITER pokračují výzkumné a vývojové práce naprojektu DEMO, které se musí dělat se značným časovým předstihem.Jedním z důležitých cílů je vývoj moderních konstrukčních materiálů(zejména s ohledem na jejich nízkou aktivovatelnost), které budoupřizpůsobeny podmínkám fúzního reaktoru.

Účast EU (s mezinárodními partnery) při návrhu zařízení ITER byladůležitým prvkem evropského programu výzkumu fúze v posledníchletech. Ten se opíral o program evropského zařízení JET (Joint EuropeanTorus, Culham, Spojené království), které v roce 1997 dosáhlosvětového rekordu 16 MW fúzního výkonu. Extrapolace pro ITER jsoupodpořeny intenzivním modelováním využívajícím velkého množstvíexperimentálních údajů získaných na evropských a mezinárodníchfúzních experimentálních zařízeních.

Spolupráce týkající se ITER funguje pod patronací Mezinárodníagentury pro atomovou energii – IAEA (International Atomic EnergyAgency, Vídeň, Rakousko). Hlavním a v podstatě jediným cílemprojektu ITER je předvést vědeckou atechnologickou způsobilost využitífúzní energie pro mírové účely.

Možné umístění ITER ve francouzskémCadarache (umělecká představa)

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 17

18

Evropský prostor pro výzkum fúzeEvropský prostor pro výzkum fúze

Klíčovým rysem evropského fúzního programu je jeho unikátní koordinace, která zajišťujeintenzivní využívání co největšího počtu dostupných zdrojů výzkumu a vývoje při všechhlavních výzkumných úkolech. Zvláště důležitá je spolupráce při provozování JETa v technologickém programu v rámci Evropské dohody pro výzkum fúze – EFDA(European Fusion Development Agreement ), který je jednoznačně zaměřen na projektITER, ale zahrnuje také výzkum týkající se DEMO.

Tento samotný a jediný koordinovaný fúzní program, který zahrnuje velké i malélaboratoře pracující na společném úkolu, je příkladem Evropského výzkumného prostoru (European Research Area). Jeho zásluhou je Evropa v čele mezinárodního fúzního výzkumu magnetického udržení. Výsledky dosažené ve spolupracujících fúzních laboratoří v Evropě umožnily stavbu JET a zaměření na projekt ITER. Nic z toho by žádný z členských států nebo států přidružených k EU sámnikdy nedosáhl.

Vedle hlavní mezinárodní spolupráce týkající se ITER, i další oblasti spolupráce s neevropskými partnery soustředily vynikající odborníky v konkrétních oblastech společného zájmu. Činnost těchto skupin je podchycena řadou dvoustranných a mnohostranných smluv mezi evropskými a neevropskými laboratořemi.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 18

19

išťujech

ekt

Výzkum fúze a vývojový program vycházejícíze smlouvy , který v Evropě koordinuje Evropskákomise (European Commission), zahrnuje:

• Dohody asociace s výzkumnými organizaceminebo institucemi ve členských státech a zemíchpřipojených k Evropskému rámcovému programu(European Framework Programme ) – laboratořeasociací jsou na mapě vyznačeny červenýmitečkami.• Smlouvou s EFDA, která zajišťuje:

– aktivity spojené s fúzní technologiíprostřednictvím asociací a průmyslem;

– společné používání zařízení JET;– evropské příspěvky k mezinárodní

spolupráci jako je projekt ITER;• Časově omezené smlouvy v zemích, které nemajífúzní „asociaci“;• Smlouvy podporující hostování vědců a jejichspoluúčast v programech Euratomu (EuratomFellowships).

V 6. rámcovém programu (2002 až 2006) jevýzkum fúzní energie v EU Oblastí prioritníhovýznamu (Priority Thematic Area ) s rozpočtem750 miliónů eur (z nichž až 200 miliónů eurmůže být použito při zahájení stavby ITER).

Za úspěchem evropského fúzního výzkumu jepráce asi 2000 fyziků a inženýrů v evropskýchlaboratořích a v evropském průmyslu.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 19

20

Fúze s magnetickým udrženímFúze s magnetickým udržením

Fúze s magnetickým udržením používá silné magnetické pole k udrženíplazmatu ve „vakuové komoře“, která izoluje plazma od atmosféry.V ideálním případě nemohou elektricky nabité ionty a elektrony, kterétvoří plazma, pronikat napříč siločar magnetického pole. Podélmagnetických siločar se částice pohybují volně. Tím, že siločáry zakřivíme

Magnetická pole jsou vytvářena velkými elektrickými proudy tekoucímicívkami, které jsou umístěny vně reaktorové komory. K formování magnetickéklece často přispívají také proudy generované v plazmatu.

tak, aby vytvořily uzavřený kruh, částice plazmatunemohou uniknout. Částice a jejich energie jsoupotom dobře izolovány od stěn spalovací komory,a zachovávají si svou vysokou teplotu. Ve skutečnosti, v opravdovém toroidálnímmagnetickém systému, docházi ke ztrátám energievzhledem k různým procesům, jako je záření čisrážky částic, které jsou příčinou jejich postupnéhoúniku z plazmatu i napříč magnetických siločar.

Fúze s magnetickým udržením

Plazma v magnetickým poli

Cívka Cívka

Plazma bez magnetického pole

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 20

21

V typu zařízení zvaném„tokamak“, je sekundárním vinutím

transformátoru plazma (primární vinutí je vnější cívka) a změna proudu

v primárním vinutí indukuje proud v plazmatu. Proud v plazmatujednak vytváří magnetické pole,které pomáhá udržovat plazma,jednak také plazma hřeje v důsledku jeho elektrickéhoodporu. Poněvadž transformátornemůže vytvářet proud stále,

je plazma časově omezeno a nepřetržité činnosti tokamaku

je nutné dosáhnout jiným způsobem.

Typ zařízení zvaný „stelarátor“ používástejný princip magnetického udržení, ale

stačí mu pouze vnější cívky, jejichž složitý tvar je „daní“ za nezávislostna transformátorovém efektu, který „jednodušší“ tokamak používá přivytváření jedné složky udržujícího magnetického pole. Stelarátory, narozdíl od tokamaků, mohou tedy principiálněfungovat nepřetržitě. Největší novézařízení, které se v současnédobě staví, je stelarátorW7-X v německémGreifswaldu. Dalšímagnetickékonfigurace, blízkévýše popsaným, jsoukompaktní (nebokulový) tokamak a pinčs obráceným polem(reversed field pinch).

Schéma tokamaku

Schéma stelarátoru

Cívky poloidálního pole

Proud plazmatem Plazma

Siločáry magnetického pole

Cívky toroidálního pole

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 21

22

Centrální solenoidPrimární vinutí transformátoru.Plazma tvoří sekundární vinutí.

Cívky toroidálního polea cívky poloidálního poleTyto cívky vytvářejí silnémagnetické pole (typicky kolem5 Tesla, což je asi 100 000 krátvíce než magnetické pole Země),které udržuje plazma azabraňuje mu dotknout se stěnvakuové nádoby.

DivertorOdstraňuje nečistoty a heliumz vakuové nádoby a je jedinýmmístem, kde se plazma dotýkápevné stěny.

Hlavní části tokamakuHlavní části tokamaku

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 22

23

Vakuová nádobaVakuová nádoba brání pronikánívzduchu do oblasti plazmatu.

KryostatKryostat obklopuje cívky avakuovou nádobu, je chlazenpřibližně na -200 stupňů Celsiaa pomáhá tak udržovat operačníteplotu supravodivých magnetů: - 269 stupňů Celsia.

ObalModuly obalu obsahují lithium.Tritium je jako produkt reakceneutronů s lithiem oddělenoa zavedeno do plazmatu.Pohybová energie neutronůpřeměněná na teplo vyrobíz vody páru a ta pohánígenerátory elektřiny.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 23

24

Ohřev plazmatuOhřev plazmatu

Mikrovlnná anténana tokamaku ToreSupra (CEA,Cadarache – Francie)

Nejprve je plazma ohříváno Jouleovým teplem proudu protékajícímplazmatem. Jak roste teplota, ohmický ohřev ztrácí na účinnosti a prouddokáže ohřát plazma pouze na teplotu několika miliónů stupňů, cožje asi 10krát méně, než je třeba, aby fúzní reakce probíhalypožadovanou rychlostí. K dalšímu zvýšení teploty potřebujemevnější zdroje.

neutrálních částic, které jsou vstřikovány do plazmatu, vnikají do něho apředávají mu svou kinetickou energii prostřednictvím srážek s částicemiplazmatu.

Vysokofrekvenční ohřev používá elektromagnetické vlnyo vysokém výkonu a různých frekvencí, které svouenergii předávají plazmatu rezonančním pohlcením. Bylyvyvinuty tři systémy: rezonanční ohřev na iontové

Proud

Zachycené ionizovanéatomy

Energetické vodíkovéatomy

Zařízení pro neutralizaci iontů

OHMICKÝ OHŘEV

Zdroj vodíkových iontů

VlnovodCívkaMIKROVLNÝOHŘEV

OHŘEVVSTŘIKEM NEUTRÁLNÍCHATOMŮ

cyklotronní frekvenci(Ion CyclotronRezonance Heating) –20 MHz až 55 MHz,na elektronovécyklotronní frekvenci(Electron CyclotronRezonance Heating) –100 až 200 GHz, cožjsou v podstatěmikrovlny a na dolníhybridní frekvenci(Lower Hybrid Heating)– 1 až 8 GHz. Druhý způsob ohřevuvnějším zdrojempoužívá svazkyenergetických

Systém vstřiku svazku neutrálních částic na zařízení JET

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 24

25

Diagnostika a modelování plazmatuDiagnostika a modelování plazmatu

á anténaku ToreA,e – Francie)

Schéma diagnostiky pro ITER

Navrhnout fúzní reaktor nelze bez pochopení procesů, které sev plazmatu odehrávají. To vyžaduje důmyslné a složité měřicí systémy,které se souhrnně nazývají diagnostika.

V evropských laboratořích byla vyvinuta diagnostika k monitorovánívšech charakteristik plazmatu, od teploty v centru pomocí výkonnýchlaserů, až po množství a původ nečistot.

Údaje získané těmito diagnostikami se používají ke konstrukci novýchpočítačových kódů, které by měly být schopny předpovědět, jak sezařízení bude chovat, a zajistit, že bude pracovat podle očekávání.

svazku neutrálních stic na zařízení JET

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 25

26

ITER: cesta k fúzní energiiITER: cesta k fúzní energii

Testovací plošinadálkové udržbyna divertoru ITER

Prototyp divertoru proITER v měřítku 1 : 1

Zkouška ochranných de

Gyrotronový zdroj mikrovln o vysoké frekvenci

ITER je nejbližším a mimořádně důležitým milníkem ve vývoji jadernéhofúzního reaktoru.

ITER je projekt založený na úspěšné mezinárodní spolupráciprostřednictvím rozmanitých technologických výzkumných a vývojovýchprojektů.ITER bude schopný vyrábět 400 MW fúzního výkonu po dobu šestiminut s perspektivou nepřetržitého provozu.

Celkové náklady na stavbu ITER dosahují přibližně 4,6 miliard eur (hodnota v roce 2000). Jakmile bude dosaženo souhlasumezinárodních partnerů, bude stavba ITER trvat od 8 do 10 let a zařízení bude v provozu asi 20 let.

Projekt ITER je založen na vědeckých výsledcích mnoha zařízení celéhosvěta.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 26

27

vací plošinavé udržbyvertoru ITER

vertoru protku 1 : 1

Maketa vertikálních desek divertoru veskutečné velikosti zkoušená ve Framatomukouška ochranných desek vysokou tepelnou zátěží

Zařízení pro testování obalu

Zkouška modelu cívkytoroidálního pole Gyrotronový zdroj mikrovln

o vysoké frekvenci (1 MW)

Svařování sektorů vakuovénádoby vysokovýkonovýmlaserem (11 kW)

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 27

28

Dlouhodobé technologické aktivityDlouhodobé technologické aktivity

Kromě prací na ITER musí pokračovat výzkum a vývoj fúzní technologiezaměřený na další zařízení zvané DEMO. Studie evropského plodicíhoobalu se soustřeďují na použití heliem chlazené směsi lithium-olovonebo na heliem chlazené keramické plodicí oblázky. Tyto komponentyjsou podstatné pro vývoj tritiového cyklu fúzního reaktoru.

Vývoj evropských konstrukčních materiálů se soustřeďuje na železnémateriály se sníženou možností aktivace a martensitickou ocel(EUROFER), ve vzdálené budoucnosti i na křemíko-uhlíkové kompozity.

Značná pozornost je věnována otázkám životního prostředí abezpečnosti. Důraz se klade zejména na zlepšení konceptů a na vývojmateriálů s co nejmenší aktivovatelností. Důkladné studium tétoproblematiky vedlo k závěru, že fúzní reaktor může být navržen tak,aby žádný problém uvnitř elektrárny nemohl vyvolat evakuaci obyvatel,a to ani v bezprostředním sousedství provozu. Socio-ekonomické studie pak analyzují dlouhodobé scénáře fúzea jejich ekonomická hlediska.

T

Radi

otox

icita

při

vdec

hnut

í

Uhelný popel

Fúzní materiál

Uskladnění [roky]

Heliové podsystémy

He Pb-17Li

Rozbočník chl

Pol.Rad.

Tor.

První stěna a mřížkyze speciální oceliEUROFER

zesílené vrstvy určenépro první stěnu

Koncept pro zkušební obal

Vypočtený pokles radiotoxicitypodle různých modelů fúzníelektrárny ve srovnánís radiotoxicitou uhelnéhopopelu

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 28

29

Tritiová pumpa

Beryliové oblázky

Výzkumný reaktor KFKI – Maďarsko

Zkouška koroze tekutým kovem

Vzorky speciální oceli EUROFER

Vlastnosti speciální oceli EUROFER

Profil ozařovacího svazku IFMIF

b-17Li

Rozbočník chladiva

Studené stínění

He

Vstupní kanályz křemičito-uhlíkovýchkompozitů

těna a mřížkyciální oceliFER

Horké stínění

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 29

30

Vzdělávací aktivity pro evropskou veřejnost Vzdělávací aktivity pro evropskou veřejnost

Výstava Fusion Expo v Santanderu – Španělsko (prosinec 2003)

Putovní výstava Fusion Expo, kterou shlédli návštěvníci v mnohaevropských městech, informuje širokou veřejnost a studenty o aktivitáchvýzkumu fúzní energie v Evropě.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 30

31

Putovní představení o fúzi

Putovní představení o fúzi (Fusion Road Show), které sestavilanizozemská asociace Euratom-FOM, představuje dobrý příkladúspěšného vzdělávacího programu, o který se zasloužili odbornícizabývající se fúzí . Fusion Road Show sestává z řady jednoduchýchexperimentů, které představují základní principy fúze. Experimentyspojuje zábavná podívaná doprovázená vysvětlující přednáškou.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 31

32

EIROforumEIROforum

Prostřednictvím EFDA se evropský fúzní program účastní projektuEIROforum, spolupráce mezi sedmi evropskými mezivládními vědecko-výzkumnými organizacemi, které jsou odpovědné za výzkumnéinfrastruktury a laboratoře. Primárním cílem projektu je zabezpečovatkvalitu a vliv evropského výzkumu. Důležitým úkolem je koordinovat vnějšíaktivity organizací, včetně transferu technologií a výchovy veřejnosti.

Sedm členů EIROfora :• CERN Evropská organizace pro jaderný výzkum (Švýcarsko)• EMBL Evropská laboratoř molekulární biologie (European Molecular

Biology Laboratory), Německo• EFDA Evropská dohoda o výzkumu fúze (European Fusion

Development Agreement), Spojené království, Německo• ESA Evropská kosmická agentura (European Space Agency), EU• ESO Evropská jižní observatoř (European Southern Observatory),

Německo, Chile • ESRF Evropské zařízení pro synchrotronní záření (European

Synchrotron Radiation Facility), Francie• ILL Ústav Laue-Langevina (Institute Laue-Langevin), Francie

Fyzika na scéně 3 – zapojili se učitelé

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 32

33

Vzdělávání a praktická výchova mladých odborníků je důležitousoučástí programu práce asociací. Mnoho členů výzkumných týmůasociací má pedagogické závazky v akademických institucích,především na univerzitách, asi 200 až 250 graduovanýcha Ph.D. studentů se účastní výzkumné činnosti v laboratořích, které patříasociacím. Několik asociací organizuje graduační kursy a letní školyfúze a fyziky plazmatu pro vysokoškolské studenty a čerstvědostudované odborníky.

Vzdělávání a školení odborníků veVzdělávání a školení odborníků ve„fúzní“ Evropě„fúzní“ Evropě

Výběr z letních škol organizovaných asociacemi:

- Carolus Magnus Summer School – Skupina asociací TEC(Belgie, Německo a Nizozemí)

- Culham Summer School – Asociace Euratom-UKAEA(Spojené království)

- Volos Summer School – Asociace Euratom-Řeckárepublika

- Letní škola SUMTRAIC – Asociace Euratom-IPP.CR (Českárepublika)

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 33

34

Příspěvky výzkumu a vývoje fúze Příspěvky výzkumu a vývoje fúze k jiným oblastem vyspělých technologiík jiným oblastem vyspělých technologií

Iontový meziplanetární motor

Průmysl hraje klíčovou roli při výrobě zařízení a vývojitechnologií potřebných pro fúzní výzkum. Z tohoto partnerstvímá průmysl užitek ve formě nových zkušeností a komerčníchvýrobků v nejrůznějších oblastech mimo fúzi. Tyto vedlejšíprodukty zahrnují plazmatické technologie, ošetřovánípovrchů, zdokonalené zdroje světla, plazmové zobrazování,vakuovou technologii, výkonovou elektroniku a metalurgii.

Proud znalostí z výzkumu fúze doostatních odvětví zajišťují také vědci,kteří odcházejí z výzkumu fúze dojiných oblastí vyspělých technologií,a přinášejí s sebou zkušenostia zručnost, které získali ve fúzi. Tentozpůsob „zúrodňování“ okolía interdisciplinarity je jednímz důležitých momentů podporujícíchevropský vědecký a technologickýpokrok.

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 34

35

Reference – odkazy

Základní informaceO Evropské strategii zabezpečení zásobování energií, Zelené stránky,Evropská komise, COM (2000) 769, ke staženi nahttp://ec.europa.eu/

Relevantní webové stránkyhttp://ec.europa.eu/research/energy/fu/article_1122_en.htmhttp://www.efda.orghttp://www.jet.efda.orghttp://www.iter.orghttp://www.fusion-eur.orghttp://www.eiroforum.org

Kontakty pro další informaceR. AntidormiEuropean CommissionDirectorate General RTD J4 Fusion Association AgreementsB-1049 Brusselstel: +32 229 8899 – fax: +32 229 64252email: rosa.antidormi@ec.europa.eu -http://ec.europa.eu/research/energy/fu/article_1122_en.htm++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++O. Benedekfi EFDA CSU Garching Boltzmannstr., 2 D-85748 Garching bei Muenchen - Germanytel: +49 89 3299 4237 – fax:+49 89 3299 4197http://www.efda.org/ ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++M.T. Orlando Consorzio RFX,Management of Fusion EXPOCorso Stati Uniti, 4,35127 Padova – Italytel: +39 049 829 5990 – fax: +39 049 829 5051e-mail: mariateresa.orlando@igi.cnr.it -http://www.igi.pd.cnr.it++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++M. Řípa Asociace Euratom-IPP.CRÚstav fyziky plazmatu AV ČRZa Slovankou 3, 182 00 Praha 8tel: +420 26605 3243 – fax: +420 286 586 389e-mail: ripa@ipp.cas.czhttp://www.ipp.cas.cz

víh

í,

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 35

PRODEJ A P EDPLATNÉ

Placené publikace, které vydává Ú ad pro ú ední tisky, je možné zakoupit v našich prodejních místech po celém sv t .

Jaký je postup pro získání té i oné publikace?

Jakmile si opat íte seznam prodejních míst, vyberte si vhodnou prodejnu a objednejte si požadovanou publikaci.

Jak si opat íte seznam prodejních míst?

• bu na internetové stránce Ú adu pro ú ední tisky http://publications.europa.eu/

• nebo o n j m žete požádat faxem na ísle (352) 2929-42758 a obdržíte ho v tišt né podob .

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 36

37

Evropská komise

Výzkum fúze – Volba energie pro budoucnost Evropy

Luxembourg, kancelář pro oficiální publikace Evropského společenství

2006 — 40pp. — formát A5, 14,8 x 21,0 cm

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 37

Osmiminutový film „Tvůrci hvězd“ popisuje ITER, velké experimentální zařízení, kterébude postaveno v široké mezinárodní spolupráci jako „next step – další krok“na cestě k fúzní energii. Návštěva pomocí virtuální reality poskytuje svědectví avizuální ocenění tohoto obrovského projektu. V rámci Fusion Expo (putovní výstavao fúzi), lze použít pasivní polarizační brýle a putovat virtuální trojrozměrnouskutečností. Je distribuována též 2D verze filmu, k níž nejsou žádné speciální brýlezapotřebí.

Film vyrobilo Centre de Recherches en Physique des Plasmas, École PolytechniqueFéderale de Lausanne (Švýcarsko) s finanční podporou Directorate General forResearch of European Commission. Film byl vyroben v Digital Studio SA (Paříž,Francie) na základě počítačem podporovaného projektu (CAD) zařízení ITER.

38

O filmu Tvůrci hvězd (The starmakers)O filmu Tvůrci hvězd (The starmakers)

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 38

ré

39

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 39

15K

I-60-04-256-CS

-C

Ve zdůvodnění rozhodnutí o programu Euratomu (EuratomSpecific Programme) prohlásila Rada ministrů: „Fúzní energie bymohla přispívat v druhé polovině tohoto století k výrobě elektřinyjako vydatný a bezemisní zdroj. Pokrok ve výzkumu fúze opravňujek další podpoře mohutného úsilí směřujícího k dlouhodobému cíli,kterým je fúzní elektrárna.“

Tato brožurka popisuje výzkum fúzní energie, spolupráci a řízenítohoto výzkumu v Evropě. Další generace fúzního experimentuITER by měla v druhé polovině 21. století uvolnit fúzi cestuk významnému podílu na výrobě světové energie.

Informace v této brožurce byly shromážděny z výzkumných aktivitEvropského fúzního programu (European fusion programme).

ld_409435_CEE 23/10/06 10:35 Page 40