Britskí vedci urobili ďalší významný krok na ceste k praktickej jadrovej fúzii. Úrad pre atómovú energiu Spojeného kráľovstva (UK Atomic Energy Authority, UKAEA) predstavil nové špecializované zariadenie, ktoré má urýchliť vývoj technológií potrebných pre budúce fúzne elektrárne. Nová infraštruktúra dostala názov ELSA a nachádza sa vo Fusion Technology Facility v južnom Yorkshire. Jej úlohou je testovať kľúčové komponenty fúznych reaktorov v extrémnych podmienkach, ktoré sa čo najviac približujú reálnej prevádzke.

Cieľ je ambiciózny, no jasný. Priblížiť sa k takmer neobmedzenému zdroju čistej energie, ktorý by dokázal nahradiť fosílne palivá a zároveň zabezpečiť stabilnú dodávku elektriny. ELSA sa zameriava na oblasť, ktorá je pre komercializáciu fúzie absolútne kritická: na spoľahlivosť supravodivých magnetov a ich spojov pri extrémne nízkych teplotách. Téme sa venoval Interesting Engineering.

Kryogénne teploty ako v srdci fúzneho reaktora

Zariadenie ELSA dokáže pracovať s kryogénnymi teplotami v rozsahu približne od 20 do 70 kelvinov, teda od mínus 253 do mínus 203 stupňov Celzia. Práve v tomto rozmedzí fungujú vysokoteplotné supravodivé magnety, ktoré sú nevyhnutné na udržanie a tvarovanie plazmy vo fúznom zariadení typu tokamak. Hoci sa pojem „vysokoteplotné“ môže zdať zavádzajúci, v kontexte supravodivosti ide o materiály, ktoré si svoje vlastnosti zachovávajú pri vyšších teplotách než klasické supravodiče, no stále ide o extrémny chlad.

United Kingdom Atomic Energy Authority

Tieto magnety vytvárajú veľmi silné magnetické polia s minimálnymi elektrickými stratami. Inžinieri z UKAEA sa snažia dosiahnuť elektrický odpor, ktorý je až miliónkrát nižší než v bežnej spotrebnej elektronike. Každé ďalšie zníženie odporu znamená nižšiu spotrebu energie na chladenie a prevádzku magnetov, čo je rozhodujúce pre ekonomickú udržateľnosť budúcich fúznych elektrární.

Kľúčové sú rozoberateľné spoje magnetov

Hlavným predmetom testovania v zariadení ELSA sú takzvané rozoberateľné spoje magnetov. Ide o špeciálne komponenty s mimoriadne nízkym elektrickým odporom, ktoré umožňujú magnety opakovane rozpojiť a znovu zložiť. To je zásadné pre údržbu fúznych zariadení, kde je rýchly prístup k vnútorným častiam reaktora nevyhnutný.

„Rozoberateľné spoje a ďalšie aspekty technológie vysokoteplotných supravodivých magnetov si vyžadujú kryogénne zariadenia ako ELSA na testovanie rôznych vlastností týchto technológií, pričom takýchto pracovísk je veľmi málo,“ vysvetľuje Chris Lamb, manažér inžinierstva rozoberateľných spojov v UKIFS. Podľa neho je veľkou výhodou, že nové zariadenie vzniklo priamo v areáli Fusion Technology Facility, v blízkosti plánovaného projektu STEP a silného výrobného zázemia regiónu.

Rozoberateľné spoje sú súčasťou toroidálnych poľových cievok, ktoré obklopujú plazmu a udržiavajú ju v stabilnom tvare. Sú umiestnené okolo magnetickej „klietky“ tokamaku a umožňujú rýchlu údržbu aj počas prevádzky elektrárne.

Základ pre projekt STEP a budúcnosť fúzie

Nový dizajn rozoberateľných spojov je jedným z kľúčových prvkov britského programu STEP, teda prototypovej fúznej elektrárne, ktorá má vyrásť v lokalite West Burton v grófstve Nottinghamshire. Spustenie prevádzky sa očakáva okolo roku 2040. Za realizáciu projektu zodpovedá spoločnosť UK Industrial Fusion Solutions, ktorá je plne vlastnenou dcérskou firmou UKAEA.

„Tu v južnom Yorkshire máme za úlohu odpovedať na otázku ‚ako‘ – ako dodať komerčne životaschopnú fúznu energiu,“ uviedol profesor Matt Stephenson, vedúci Fusion Technology Facility. „Náš tím intenzívne testuje a poskytuje presné výsledky, ktoré nám pomáhajú určiť optimálne prostredie a materiály pre odolný dizajn elektrární. Zároveň hľadáme nákladovo najefektívnejšie riešenia, aby bola fúzna energia dlhodobo udržateľná.“

United Kingdom Atomic Energy Authority

Podľa správy spoločnosti Amion by projekt STEP mohol po úplnom spustení vytvoriť približne 6 500 pracovných miest priamo v areáli elektrárne, ďalšie tisíce počas výstavby a výrazne podporiť rozvoj infraštruktúry a vzdelávania v regióne. Celý kampus má ambíciu stať sa globálnym centrom výskumu a vývoja fúznej energie.

„Skrotiť silu hviezd a premeniť ju na čistú a udržateľnú energiu na Zemi si vyžaduje úzku spoluprácu vedcov, inžinierov aj stavebného sektora,“ uzatvára James Cowan, riaditeľ programu STEP v UKIFS. „ELSA je ukážkovým príkladom toho, ako takáto spolupráca funguje v praxi.“

Ak sa Británii podarí s projektom STEP preukázať komerčnú životaschopnosť fúzie, otvorí sa cesta k celej flotile fúznych elektrární po celom svete.

Čítajte viac z kategórie: Novinky