Před padesáti lety svět uslyšel slovo TOKAMAK

Minulý rok 2008 byl doslova nabit výročími týkajícími se řízené termojaderné fúze: 50 let uplynulo od nepravdivé zprávy o termojaderných neutronech anglického zařízení ZETA, před 50 lety se uskutečnila II. mezinárodní konference Atomy pro mír, kdy se 5000 odborníků ze 62 států sešlo v Ženevě, aby rozbili fúzní informační oponu napadrť. Před 40 lety na novosibirské konferenci L. A. Arcimovič oznámil konsternovanému světu úžasnou teplotu 10 mil. stupňů, 10krát větší než bylo dosaženo na jakémkoli jiném zařízení, změřenou na moskevském tokamaku T-3, před 30 lety na tokamaku PLT otevřeli američtí vědci v Princetonu bránu termojaderných teplot 82 mil. stupňů, když jim zafungovaly čtyři svazky rychlých neutrálních částic dodatečného ohřevu o výkonu 0,9 MW současně, a konečně před 25 roky bylo zapáleno první plazma na největším tokamaku na světě – evropském tokamaku JET, který si jako první vůbec poradil se směsí tritia a deuteria a 16 MW fuzního výkonu z roku 1997 je dosud nepřekonaný světový rekord. Nu a před 50 lety se objevilo slovo TOKAMAK! Toroidalnaja kamera u magnitnyje katuški – toroidální komora a magnetické cívky. Experimentální zařízení, které po zmíněné konferenci v Novosibirsku v roce 1968 zaujalo čelné postavení v pelotonu a žlutý trikot lídra od té doby nikomu nepřepustilo. Mezinárodní termojaderné experimentální zařízení, které sedm států staví ve francouzském Cadarache, jež má vyrábět desetkrát více výkonu než spotřebuje, je tokamak. Vydejme se proti proudu času a zastavme se na počátcích výzkumů, které možná poskytnou světu zdroj energie téměř ideálních vlastností: prakticky nevyčerpatelné zásoby paliva, zdroj jaderně naprosto bezpečný, bezemisní a téměř bez radioaktivního odpadu. Bezesporu lákavý cíl je vykoupen dlouhou a trnitou cestou – konečně největší tokamak budovaný v Cadarache se jmenuje ITER (International Thermonuclear Experimental Reaktor), což je také latinsky „cesta“. Zcela určitě současný úspěch tokamaku skrývá usilovnou, systematickou práci vědců a techniků, nicméně občas si osud zahrál na strunu náhody. Výzkum v bývalém Sovětském svazu „zapálil“ seržant Rudé armády končící vojenskou službu na poloostrově Sachalin?! Jeho návrh elektrostatického termojaderného reaktoru v dopise adresovanému ÚV KSSS inspiroval A. D. Sacharova a jeho učitele I. E. Tamma k výpočtům Magnetického termojaderného reaktoru, které po několikeré oponentuře vedené otcem sovětské atomové bomby I. V. Kurčatovem, ředitelem Laboratorii izmeritělnych priborov AN – dnes Kurčatovovův ústav atomové energie – skončily u šéfa komise pro atomovou energii – nechvalně známého L. P. Beriji. Byrokratickou přestávku ukončila zpráva argentinského prezidenta J. Perona o tom, že na ostrově Huemal „argentinský“ vědec R. Richter otázku řízené fúze zodpověděl! Science fiction nebo skutečnost? Princip předběžné opatrnosti – známého „není pravdy trochu na každém šprochu“ – postrčil L. P. Beriju a 5. května J. V. Stalin podepsal státní program o výzkumu řízené termojaderné syntézy pomocí magnetického reaktoru. Zhruba o měsíc později dostal od americké vlády na podobný projekt jménem Matterhorn podporu L. Spitzer – autor zařízení zvaného stelarátor. Mimochodem L. Spitzer dostal o řád či spíše o dva méně prostředků, než J. Peron poskytl svému chráněnci R. Richterovi původem ze západočeského Sokolova, graduovaného na Německé univerzitě v Praze! Zatímco Richter svoji operu již má – hrála se i v Paříži – Lavrentěv na ztvárnění svého neuvěřitelně dramatického osudu člověka – vědce teprve čeká. Sověti postavili do čela termojaderného programu brilantního fyzika, potomka litevských knížat, L. A. Arcimoviče. Toho Arcimoviče, který o 17 let později oznámil úspěch tokamaků v Novosibirsku. První nesmělá zařízení postavená už za vedení geniálního konstruktéra i fyzika N. A. Javlinského v oddělení výzkumu plazmatu LIPAN měla nestabilní plazma s nízkými teplotami. V roce 1953 Šafranov (nezávisle na něm v USA M. D. Kruskal) odvodil kritérium stability spojující geometrické a elekromagnetické parametry plazmatického sloupce ve vnějším magnetickém poli. Po krátké odbočce k lineárním pinčům se Rusové vrátili k toroidálním výbojům tentokrát vyzbrojeni kritériem Šafránova-Kruskala. TMP (Torus v magnetickém poli) s keramickou výbojovou komorou už měl všechny základní parametry tokamaků. Tedy až na jméno. To se zásluhou I. N. Golovina objevilo právě před 50 roky. Teplota plazmatu byla stále nízká „zásluhou“ vyzařování nečistot v plazmatu a tepelných ztrát způsobených nestabilitami. Tokamak T-1 už měl komoru z nerezové oceli a jeho následník tokamak T-2 mohl svou komoru odplyňovat vypékáním na 450 °C. Tak se krůček po krůčku blížili moskevští odborníci průlomovému velkému tokamaku T -3, díky němuž fúzní komunita slaví 40 let impozantního vstupu tokamaku, světovou scénu. Základní řada tokamaků označovaná jako „T“ měla své mladší sourozence s názvy začínajícími písmeny „TM“ – tokamak malyj. TM-2 kupříkladu zjistil, že nestabilni plazma na T-2 vyžaduje splnění kritéria Šafranov-Kruskal nejen na okraji plazmatu, ale po celém jeho průřezu. Poznatek uplatnili v Moskvě na tokamaku-legendě T-3. TM-1 zprvu studoval adiabatický ohřev plazmatu stlačením plazmatu pomocí magnetického pole a pak už pod názvem TM-1 VČ jiný způsob dodatečného ohřevu, a to pomocí vysokofrekvenčního elektromagnetického pole. Protože tehdejší Československo mělo dlouhou tradici ve studiu interakce vf pole a plazmatu a protože kontakty s ruskou fúzní komunitou byly intenzivní, objevil se tokamak TM- 1 VČ v roce 1977 v Praze. Přestavěn pod názvem CASTOR (Czech Academy Science Torus) sloužil Akademii věd do minulého Silvestra, aby přestěhován na Fakultu jadernou a fyzikálně inženýrskou přijal jméno Golem s tím, že umožní studentům získávat praktické zkušenosti s vysokoteplotním plazmatem. Ostatně tento školní rok už pracují na diplomových zadáních první studenti zaměření na předmět Fyzika a technika termojaderné fúze. Tokamak CASTOR uvolnil místo modernějšímu tokamaku COMPASS. Již 50 let uplynulo od zrození slova tokamak, které se stalo slovem mezinárodním, stejně jako svého času slovo sputnik. Od průlomového modelu T-3 k největšímu tokamaku na světě – tokamaku JET - bylo v roce 1968 ještě daleko. Věda a technika tuto vzdálenost zvládla na výbornou a s vervou se pustila do díla, které nemá v historii světové vědy a techniky obdoby. Sedm vyspělých států se podílí zcela rovnoprávným způsobem na stavbě posledního kroku před fúzní elektřinou, na stavbě zařízení ITER.