Stavba „umělého Slunce“ se protáhne kvůli milimetrové nepřesnosti

Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor, známý po celém světě pod anglickou zkratkou ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) se komplikovaně rodí v jižní Francii už od roku 2007. Nejen technicky, ale i politicky a administrativně komplikovaný projekt má doložit, že lidstvo dokáže efektivně vyrábět energii podobným procesem, který pohání hvězdy – tedy slučováním jader.

Podle původních plánů měl být ITER už dávno hotový a fungovat. V současnosti formálně stále platný harmonogram tvrdí, že by měl začít pracovat už v roce 2025. Ve skutečnosti je už delší dobu jasné, že to tak nebude. Realistický jízdní řád projektu ale vznikal jen postupně a veřejnosti byl představen až před několika týdny.

Jde o směs špatných a částečně i dobrých zpráv. I když má provoz začít až za deset let, rozhodující dosažení plného výkonu se zpozdí jen o čtyři roky. Reaktor také projde úpravami, které mají zvýšit jeho význam pro stavbu plánovaných fúzních elektráren.

Na výstavbě ITER spolupracuje celkem 38 zemí. Evropská unie se jako hostitel projektu podílí na nákladech téměř z poloviny (45,6 %), zbylých šest členů (Čína, Indie, Japonsko, Jižní Korea, Rusko a USA) přispívá rovným dílem 9,1 %.

V jádru komplexu se skrývá termonukleární reaktor s vakuovou komorou velkou doslova jako stodola. Teplota plazmatu se v něm má pohybovat kolem 150 milionů stupňů, což je desetinásobek hodnoty ve středu Slunce. A podmínky mají být tak extrémní, že by tu mělo ve velkém měřítku docházet k podobným procesům jako na Slunci. Tedy ke slučování jader v takovém množství, že se bude uvolňovat značné množství energie.

Klíčové k úspěchu zařízení přitom bude, kolik takové fúzní energie vznikne. Vyrobit nějakou energií fúzí lze i doma, byť to není koníček pro každého. Problém je ovšem v tom, že takové zařízení energii ve skutečnosti v mnohem větší míře spotřebovává, než vyrábí.

Totéž dnes platí ve všech fúzních reaktorech. Žádný sice není vybaven zařízením na výrobu elektřiny z uvolněné energie, ale i kdyby ho měly a bylo to stoprocentně účinné, provoz by byl ztrátový. Spotřebovalo by se více elektřiny, než by z něj vyšlo.

Z komory ITER by se mělo nakonec uvolňovat desetinásobně (či ideálně více) energie, než kolik se do ní bude přivádět. Uvolněná energie se sice nechá uniknout bez užitku, ale její množství půjde změřit. A pokud to reaktor zvládne, můžeme pak přikročit ke stavbě prototypu skutečné fúzní elektrárny.

Problém je, že takové zařízení nelze postavit jednoduše – a přitom u toho chce být každý. V případě fúzních zařízení velmi záleží na velikosti. Ve větší komoře se částice paliva, tedy vodíku, mohou déle „zdržet“, a mají tedy více času najít si partnera a změnit se na helium. ITER je tak největší fúzní reaktor všech dob. Jeho vakuová komora bude mít desetkrát větší objem než dosavadní rekordman, v Británii stojící JET. Nejprve měl být dokonce dvacetkrát objemnější, to však bylo pro účastníky projektu drahé, a proto byl reaktor zmenšen.

Problémem bylo, jak reaktor postavit. Všechny účastnické země chtějí mít přístup ke všem důležitým technologiím vyvinutým v rámci projektu. Díly se v místě stavby, jihofrancouzském Cadarache, scházejí z několika kontinentů, i když by alespoň některé šlo vyrobit blíže či levněji. Ale je to podmínka mezinárodní smlouvy mezi partnery projektu. I když postupně došlo k určitému zjednodušení dodavatelského řetězce, projekt je přesto pořád složitý.

Problémy byly od začátku obří, rozpočet se jen zvyšoval a datum startu odkládalo. V posledních zhruba deseti letech se podařilo projekt pomalu nasměrovat příznivějším směrem. Velkou zásluhu na tom měl dnes již zesnulý ředitel Bernard Bigot, který nastoupil v roce 2014. Do značné míry i díky němu byl projekt k roku 2022 z více než 85 procent hotov. Ale cílová rovinka se nakonec ukázala být výrazně delší, než všichni doufali.

Nakupilo se několik problémů zároveň. Pandemie vedla k pozastavení dodávek z některých zemí. Řada dodavatelských podniků nejprve zavřela, a když otevřela, tak často s výrazně menší výrobní kapacitou, třeba kvůli omezení počtu lidí v provozech. Omezení platila i na samotné stavbě ve Francii.

S dalšími pandemickými vlnami se pak problém opakoval v různých zemích s jinou intenzitou. K tomu se brzy začaly přidávat technické a úřední problémy. Komplikovaná byla i spolupráce s francouzským jaderným dozorem, tamní obdobou našeho SÚJB, který dohlíží na bezpečnost jaderných elektráren a dalších jaderných zařízení.

ITER mezi ně patří i přesto, že v něm dochází právě k opaku štěpných reakcí, které pohání jaderné elektrárny. Fúzní reaktor však bude pracovat s radioaktivním izotopem vodíku, tritiem. Materiál v komoře se také stane v důsledku ozařování radioaktivním, byť jen do určité míry. Nebezpečí není nijak velké, samotná reakce není riziková. Před stavbou ale padlo rozhodnutí, že k ITER se bude (pro jistotu) přistupovat jako k jaderné elektrárně. A to má své důsledky.

Na začátku roku 2022 francouzský regulátor vydal rozhodnutí o pozastavení některých prací kvůli několika nedostatkům, které souvisely právě s „jadernou bezpečností“. Problémem byla mimo jiné i malá nepřesnost ve dvou z devíti dílů samotné komory reaktoru. Ty dorazily z Jižní Koreje a jde o masivní tvarované ocelové díly o výšce 15 metrů. Bohužel byly o několik milimetrů nepřesné.

Odborníci z ITER věřili, že si s problémem dokážou poradit a oněch několik milimetrů zvládnou vykompenzovat „kreativním“ svářením a úpravami. Ale jadernému dozoru se plán nezdál – právě kvůli možnosti úniku radioaktivního tritia.

Dalším problémem byly mikrotrhliny v tepelných štítech magnetických cívek. Proto nakonec padlo rozhodnutí, které přineslo další zdržení a náklady: Rozebrala se už hotová část první části reaktoru, všechny díly se zkontrolovaly a pak se znovu začalo skládat. Naštěstí byla vada objevena ve chvíli, kdy byla hotová jen první část z devíti dílů komory. Ale nezbytná byla i kontrola tepelných štítů, které byly na své místo v reaktorové hale umístěny už v lednu 2021.

Už v průběhu roku 2022 bylo tedy z těchto a dalších důvodů jasné, že původní termín 2025 se nestihne. Začal se připravovat nový harmonogram. „Původně ho měl schválit ještě ředitel Bigot, bohužel ale v květnu 2022 zemřel,“ říká Radomír Pánek, ředitel Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd, který se na projektu podílí.

Nový plán, který musí ještě na podzim schválit členské státy, uvádí, že ITER by měl začít fungovat až v roce 2034, zato na výrazně vyšších parametrech, než plánoval původní harmonogram. Tím by mělo dojít ke zrychlení rozjezdu projektu, a tedy co nejrychleji přejít od zkoušek k výzkumu, uvedl šéf ITER Pietro Barabaschi na tiskové konferenci při představení nového harmonogramu. Klíčové experimenty by se měly rozjet v roce 2036, což je proti staršímu plánu zpoždění jen o tři roky.

Pro členské státy bude možná větší problém zvýšení rozpočtu o dalších pět miliard dolarů (cca 120 miliard Kč). Projekt by tak měl vyjít na nějakých 22 miliard místo plánovaných 17 miliard. Jak se k tomu členské státy postaví, to teprve uvidíme. V tuto chvíli žádná oficiální prohlášení k dispozici nejsou.

Projekt je už z velké části hotový, a je proto pravděpodobné, že jej nikdo neopustí. A to ani Spojené státy, které už z něj jednou odešly a znovu se vrátily. Tamní ministerstvo energetiky už v roce 2018 dostalo na projekt peníze navíc, které budou stačit zřejmě i na navýšené požadavky.

Dalším důvodem posunu spuštění ITER je také rozhodnutí změnit materiál obložení vnitřku vakuové komory, a to z beryllia na wolfram. „Výzkum v oblasti materiálů udělal v posledních 20 letech velký pokrok a ukázal, že wolfram je jediný materiál, který bude schopen snést extrémní podmínky v budoucích fúzních elektrárnách, čímž se výrazně zvýší relevance ITER pro jejich další vývoj,“ říká Radomír Pánek.

Projekt se tím také zbaví problému se vznikem toxického prachu z beryllia během provozu.

Na odborné i politické úrovni se stále silněji ozývají hlasy volající po tom, aby se už teď začalo plánovat, co bude po ITER. „Snažíme se prosadit, aby se nečekalo, až ITER dosáhne všech plánovaných cílů, ale začala se co nejdříve připravovat stavba prototypu fúzní elektrárny,“ říká Radomír Pánek, jenž je mimo jiné šéfem celoevropského konsorcia EUROfusion, které má v gesci právě výzkum a vývoj prakticky použitelné fúzní elektrárny.

Pro Evropu je totiž klíčové udržet si jak v průmyslu, tak i vědecké komunitě know-how nashromážděné při stavbě ITER a zajistit si soběstačnost. Evropští odborníci poukazují i na riziko, že by se případně Čína, která do fúzního výzkumu v posledních dvou dekádách velmi masivně investuje, mohla dostat k této technologii před Evropou.

Stavba prototypu elektrárny, která nese název DEMO, by podle Pánkova názoru mohla proběhnout rychleji a s menšími obtížemi než v případě ITER. Především proto, že půjde „jen“ o projekt evropský, který tím bude organizačně méně složitý.

Velmi by také podle jeho názoru pomohlo, kdyby se prototyp nemusel stavět ve stejném režimu jako štěpné jaderné elektrárny. Pracovat pod dozorem jaderného úřadu je velmi náročné na čas, administrativu, a tedy i na finance. Na jaderném zařízení musí každý svar v jaderné zóně mít vlastní složku, vlastní „rodokmen“, projít testy a musí vyhovovat přesně daným požadavkům. V případě ITER se pak muselo přistoupit k dražším řešením, než inženýři na projektu považovali za nutné.

„Spojené státy i Velká Británie už rozhodly, že na jejich území se fúzní elektrárny nebudou licencovat stejně jako jaderné elektrárny,“ říká Radomír Pánek. Například ve Spojených státech se k nim bude přistupovat podle stejných pravidel jako k urychlovačům částic, což výrazně zrychlí a zlevní výstavbu. V Evropě, která prakticky bez výjimky v nový čistý zdroj energie vkládá ohromné naděje, se na povolovacím procesu pro fúzní elektrárny zatím pracuje.

Řada technologických optimistů doufá, že ITER nakonec někdo „předběhne“ a některý z fúzních startupů, které se v poslední době objevily, přijde s novinkami, které nástup fúzních elektráren urychlí. Upřímně řečeno jsem v tomto ohledu poněkud skeptický. Ale velmi rád bych se mýlil.

V plné verzi newsletteru TechMIX toho najdete ještě mnohem víc. Přihlaste se k odběru a budete ho dostávat každou středu přímo do své e-mailové schránky.