ITER

Logo organizace ITER

Účastnické státy ITERu

ITER (původně anglicky International Thermonuclear Experimental Reactor, Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor; a latinsky Iter - cesta) je projekt připravovaného tokamaku, který by se měl stát předstupněm ke komerčnímu využití termonukleární fúze v energetice. Kritici však upozorňují, že výzvy, jež musí projekt překonat jsou enormní, takže vůbec není jisté, zda technologie bude fungovat, případně zda bude konkurenceschopná.

Jde o druhý nejdražší mezinárodní vědecký projekt (po Mezinárodní vesmírné stanici) – celkový rozpočet projektu je 18 mld. €, z čehož okolo poloviny uhradí Evropská unie a zbytek ostatní účastnické státy: USA, Rusko, Čína, Japonsko, Jižní Korea a Indie.

Výstavba ve francouzském městě Cadarache začala v roce 2007. Získání prvního plazmatu se předpokládá v listopadu 2025 a spuštění na plný výkon v roce 2035. Objem reaktoru je asi 840 m³. Plánovaný výkon by měl být 500 MW během zážehů pulsů plazmatu trvajících přinejmenším 500 s. Palivem pro tento reaktor by měla být dávka cca 0.5 g směsi deuteria a tritia. Odpadním produktem reakce je helium a proud neutronů, který v lithiové obálce reaktoru vyrobí teplo a štěpením lithia i jednu ze složek paliva, radioaktivní tritium.

Jeho stavba by měla vést k porozumění problematiky jaderné fúze, vyřešení praktických problémů s tímto druhem energetiky a měla by umožnit kolem roku 2050 stavbu prvních elektráren založených na tomto principu.

Historie

V polovině 80. let minulého století začínala myšlenka na stavbu budoucí elektrárny nabírat reálnější podobu. Zároveň se ale ukazovalo, že vývoj a stavba experimentálního zařízení, které by bylo schopné napodobit podmínky budoucího termojaderného reaktoru, nebude levnou záležitostí. To byl jeden z důvodů, proč roku 1985 navrhl Sovětský svaz nejdříve státům organizace EUROATOM a o několik týdnů později i USA vznik mezinárodního projektu, jehož výsledkem by bylo právě takové zařízení. Po dvou letech jednání, během kterých se k projektu připojilo ještě Japonsko, byly domluveny podmínky, za kterých se bude reaktor s názvem ITER (International thermonuclear experimental reactor) vyvíjet a stavět.

Roku 1998 byl projekt reaktoru dokončen. ITER znamenal obrovský kvalitativní skok ve vývoji termojaderných reaktorů. U ITERu mělo být dosaženo hoření termojaderné reakce (tzn. průběh reakce bez nutnosti vnějšího ohřevu). Zatím nejúspěšnější termojaderné zařízení, JET, produkovalo 65% dodávané energie. Fúzní výkon měl být 1500 MW. Například jeden reaktor jaderné elektrárny Temelín má elektrický výkon 1000 MW při tepelném výkonu 3000 MW. Proud plazmatem měl být 22 MA a objem vakuové komory měl být 2000 m³. Těmto vynikajícím parametrům však také odpovídala konstrukční cena 6 miliard dolarů.

Roku 1998 USA prakticky zastavily civilní termojaderný výzkum, Rusko se potýkalo s dlouhodobou hospodářskou krizí, jeden z nejbohatších států Evropy, Německo, muselo financovat své sjednocení. USA nakonec od projektu ITER odstoupili a zbývající účastníci nebyli ochotni vložit do tohoto projektu potřebné prostředky. Proto nechali projekt ITER zredukovat na poloviční cenu tak, aby vědecké výsledky nového ITERu měly co nejbližší hodnotu předpokládaným výsledkům původního ITERu. Tak byl roku 2001 dokončen redukovaný projekt. V tomto zařízení se nepředpokládá, ale ani nevylučuje samovolné hoření termojaderná reakce. Měl by však vyprodukovat desetkrát více energie než bude spotřebováno na ohřev plazmatu. Termojaderný výkon by měl činit 500 až 700 MW, proud plazmatem by měl být 15 MA a objem vakuové komory 837 m³. Podrobná tabulka porovnávající parametry původního ITERu, dnešního ITERu a dnes největšího tokamaku světa, JETu, je umístěna na konci této kapitoly. Došlo také k rozdělení nákladu mezi zúčastněné strany. EU, která ITER nakonec postaví, zaplatí 45,5% z celkových nákladů 10 mld USD, zbylí partneři, tj. Indie, Čína, Rusko, Jižní Korea, USA a Japonsko zaplatí každý po 9,1 % nákladů.

V roce 2006 se po dlouhých a komplikovaných jednáních rozhodlo, že ITER bude stát v jihofrancouzské oblasti Cadarache. Rozhodnutí o místě stavby padlo až poté, co EU, Rusko a Čína prohlásili, že pokud ostatní partneři nepřistoupí na stavbu ITERu ve Francii, začnou tam stavět sami. Japonci nakonec nátlaku podlehli, poněvadž zjistili, že by jen s pomocí USA a Jižní Koreje nebyli schopni stavbu ITERu a dalších potřebných zařízení financovat. Jako ústupek EU souhlasila, že generálním ředitelem projektu ITER bude Japonec Kaname Ikeda. Dále budou v Japonsku postaveny další zařízení, jejichž výsledků bude projekt ITER využívat. Například půjde o projekt IFMIF, který má testovat odolnost materiálů pro první stěnu fúzního reaktoru, o evropskou podporu přestavby japonského tokamaku JT-60U nebo o superpočítač pro zpracování dat z ITERu.

V současné době se ITER již staví a provoz by měl zahájit v roce 2020. V prvních letech by měl být používán jako náplň vodík nebo deuterium. V této fázi by mělo být vyladěno udržení horkého plazmatu, a měla by být k dokonalosti dovedena komora. V roce 2026 by podle plánu měla být zahájena fáze, kdy bude používáno jako palivo deuterium a tritium. Měly by zde být prakticky sledovány dopady velkého neutronového záření na různé materiály. Podmínky, které budou v ITERu, budou podobné podmínkám v budoucí termojaderné elektrárně.

Během této fáze, která by měla trvat také 10 let, by měla být zahájena stavba první demonstrační termojaderné elektrárny DEMO. Bude-li projekt DEMO úspěšný, měly by se začít první termojaderné elektrárny stavět okolo roku 2050, tedy právě v době, kdy bude již docházet ropa. Lithium na výrobu tritia by mělo stačit desítky tisíc let. Do té doby bude třeba postavit reaktory, které budou schopny pracovat pouze s deuteriem. Podle výpočtů by mělo deuterium jako palivo do termojaderných elektráren vydržet lidstvu déle než Slunce. Pokud se skutečně podaří postavit termojadernou elektrárnu, která bude schopna se slušnou účinností vyrábět z reakce deuterium-deuterium energii, má lidstvo o zdroj energie postaráno.

Reakce uvnitř reaktoru

Deuterium-tritiová fúze

Základním palivem je směs deuteria a tritia - izotopů vodíku. Deuterium je obsaženo ve vodě v poměru 1 atom deuteria na 6500 atomů vodíku. Tritium se sice v přírodě téměř nevyskytuje, ale je možné ho vyrobit z lithia.

Deuterium-tritiová fúze

${}_{1}^{2}{\mbox{H}}+{}_{1}^{3}{\mbox{H}}\rightarrow {}_{2}^{4}{\mbox{He}}(3.4{\mbox{ MeV}})+{}_{0}^{1}{\mbox{n}}(14.1{\mbox{ MeV}})$

Neutron-lithiová fúze

${}_{0}^{1}{\mbox{n}}+{}_{3}^{6}{\mbox{Li}}\rightarrow {}_{1}^{3}{\mbox{H}}(2.75{\mbox{ MeV}})+{}_{2}^{4}{\mbox{He}}(2.05{\mbox{ MeV}})$

Celková bilance

${}_{1}^{2}{\mbox{H}}+{}_{3}^{6}{\mbox{Li}}\rightarrow 2{}_{2}^{4}{\mbox{He}}+22.4{\mbox{ MeV}}$

Výkon

ITER bude používat vodíkový plazmový prstenec zahřátý na 150 milionů °C. Podle návrhu by měl být schopen vyrábět z půlgramové směsi deuteria s tritiem asi 500 MW fúzní energie po dobu až 1 000 sekund (pro porovnání: tokamak JET měl výkon jen 16 MW na necelou sekundu). Tohoto výkonu by měl dosáhnout při příkonu 50 MW (teplo dodané pro ohřev plazmatu), čímž by se stal prvním tokamakem, který z paliva získá více tepla, než sám spotřebuje na ohřev plazmatu. Celkový příkon celého zařízení (například pro chlazení supravodivých cívek a další systémy) je odhadován na 500 MW elektřiny

ITER je experimentální reaktor bez elektrického generátoru, takže nebude dodávat energii do rozvodné sítě. Výkon bude ve formě tepla odváděn dvěma nezávislými okruhy naplněnými vodou do chladicích věží. První fúzní elektrárnou by se tak měl stát až tokamak DEMO, u nějž je začátek výstavby plánován na rok 2024.

Náklady a termíny

Skutečné náklady projektu je obtížné vyčíslit, protože převážná část příspěvků jednotlivých členů je v naturální formě. Z toho důvodu byla pro oceňování příspěvků jednotlivých států vytvořena jednotka IUA, která odpovídá hodnotě 1000 amerických dolarů v lednu 1989. Údaje v eurech se podle různých zdrojů liší, nejrelevantnější je pravděpodobně.

Evropská unie se na úhradě nákladů projektu ITER v době výstavby podílí 45,46 %, z toho 1/5 investuje Francie jako hostitelská země. Podíl každého z ostatních států je 9,09 %. Podíl EU na provozních nákladech v experimentální fázi bude 34 %.

V roce 2001, kdy projekt teprve vznikal, tj. před uzavřením mezinárodní dohody, byly celkové náklady odhadovány na 5,9 mld. €, resp. 3,6 mil. IUA, s rezervou 10 %. První plazma mělo být získáno 8 let po zahájení výstavby.

V roce 2006 byly náklady projektu odhadovány na 5 mld. €. První plazma mělo být získáno v roce 2020 a plný výkon v roce 2023.

V roce 2010 odhad nákladů vyrostl na 14 mld. € a v roce 2011 na 16 mld. €.

Na začátku roku 2011 ředitel financí a rozpočtu ujišťoval, že náklady budou udrženy v rámci schváleného stropu 4,7 mil. IUA, tj. 7,3 mld. €₂₀₁₀.

V roce 2016 byly náklady odhadovány v rozmezí 18 až 22 mld. €, přičemž se nepočítalo se získáním prvního plazmatu před rokem 2025 a plného výkonu před rokem 2035. Provozní náklady sdružení ITER (včetně agentur jednotlivých participujících zemí) jsou zhruba 200 mil. € ročně.

V polovině roku 2017 byly náklady do Prvního plazmatu jen ze strany EU odhadovány na 10,4 mld. € v cenách roku 2008, resp. 13,2 mld. v aktuálních cenách, do plného provozu pak dalších 3,2 resp. 4,9 mld. €. Z toho ovšem plyne, že celkové náklady projektu ITER do plného provozu mohou narůst na 30 mld. € v cenách roku 2008, resp. 40 mld. € v aktuálních cenách.

Podle oficiálních stránek projektu bylo v prosinci 2017 dokončeno 50 % stavebních prací na cestě k Prvnímu plazmatu.

Participující země

Belgie Belgie Bulharsko Bulharsko Česko Česko Čína Čína Dánsko Dánsko Estonsko Estonsko Finsko Finsko Francie Francie Chorvatsko Chorvatsko Indie Indie Irsko Irsko Itálie Itálie

Japonsko Japonsko Jižní Korea Jižní Korea Kypr Kypr Litva Litva Lotyšsko Lotyšsko Lucembursko Lucembursko Maďarsko Maďarsko Malta Malta Německo Německo Nizozemsko Nizozemsko Polsko Polsko Portugalsko Portugalsko

Rakousko Rakousko Rumunsko Rumunsko Rusko Rusko Řecko Řecko Slovensko Slovensko Slovinsko Slovinsko Spojené království Spojené království Spojené státy americké Spojené státy americké Španělsko Španělsko Švédsko Švédsko Švýcarsko Švýcarsko

Odkazy

Reference

V tomto článku byly použity překlady textů z článků ITER na anglické Wikipedii a ITER na slovenské Wikipedii.

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu ITER na Wikimedia Commons
• Domácí stránka projektu ITER

Autoritní data	NKC: kn20130807003 BNF: cb160882991 (data) CiNii: DA05938883 GND: 7578652-7 LCCN: nb2009014443 SUDOC: 135710731 VIAF: 157367687 WorldCat Identities: lccn-nb2009014443

Portály: Fyzika