Stelarátor v Greifswaldu

Čtenářům Technického týdeníku není pojem „tokamak“ neznámý. Jde o nejúspěšnější zařízení pro studium řízené termojaderné fúze. S velkou pravděpodobností ve fúzní elektrárně spalující směs izotopů vodíku - deuteria a tritia - se použije právě tokamak. Když je tokamak nejúspěšnější – je nějaké zařízení méně úspěšné? V současné době má v kategorii magnetického udržení druhé místo zařízení zvané stelarátor! Jak stelarátor, tak tokamak mají stejné datum narození a liší se místem. Počátkem 50. let v bývalém Sovětském svazu se díky O. Lavrentěvovi, A. Sacharovovi a I. Tammovi začaly rýsovat obrysy zařízení, které v roce 1958 nazval zástupce Ústavu atomové energie v Moskvě I. Golovin tokamakem. Současně známý astrofyzik L. Spitzer začíná v americkém Princetonu stavět první stelarátor. Stellar = hvězda, generátor = tvůrce. Na první pohled je zřejmé, co Spitzer zamýšlel. Vždyť hvězdy, včetně našeho Slunce, pohání energie uvolněná termojadernou fúzí. Stelarátor i tokamak plazma tepelně izolují magnetickým polem. Základní – toroidální – nestabilita je eliminována tak zvanou rotační transformací, což znamená, že siločáry mají šroubovicový tvar. Zatímco tokamak dosahuje požadované helicity složením toroidálního pole vnějších cívek a poloidálního pole elektrického proudu protékajícím plazma, stelarátor si „vystačí“ pouze s vnějšími cívkami. Elektrický proud v tokamaku, kromě toho, že vytváří zmíněné poloidální pole, ohřívá plazma Jouleovým teplem, je ale i zdrojem nestabilit. Daní za absenci elektrického proudu má stelarátor komplikovaný tvar cívek. Kupříkladu největší stelarátor na světě, který se staví v univerzitním a hansovním městečku německých Pomořan – v Greifswaldu, bude mít 50 planárních a 20 trojrozměrných (!) supravodivých cívek. Zásadní rozdíl mezi tokamaky a stelarátory jsme již naznačili. Tokamak je v principu pulzní zařízení budící proud v plazmatu transformátorovým efektem, zatímco doba aktivity stelarátoru je v podstatě dána odolností materiálu. Zatímco připravovaný gigantický tokamak ITER počítá s pulzem cca 500 sekund, to je cca 8 minut, stelarátor Wendelstein má v plánu 30 minut. Snem techniků je pochopitelně kontinuální provoz, ke kterému má principiálně blíže právě stelarátor. Proč tedy zatím v pomyslném závodě vede tokamak? Jeho magnetické pole lze vytvořit jednodušeji a tím i přesněji než u stelarátoru. Teprve nedávná doba poznamenaná nástupem superpočítačů, umožnila snížit obrovský náskok tokamaků. Vědci dnes umí navrhnout futuristické tvary cívek tak, aby vytvořily helikální pole s požadovanou přesností a minimalizovaly tak ztráty energie plazmatu. Slušné výsledky dosažené na stelarátoru Wendelstein W7-AS vyprovokovaly německé vědce ke stavbě mnohem většího zařízení Wendelstein W7-X. Wendelstein je 1838 metrů vysoký. Přesněji řečeno hora v Bavorských Alpách, podle které byl stelarátor nazván. Ten sám je vysoký „pouhých“ 4,5 metrů. Podle objemu plazmatu 30 m3 se spíše blíží k současnému tokamaku JET – 100 m3, než k budovanému tomaku ITER – 830 m3. Původních cca 500 milionů eur celkových nákladů dnes vyrostlo na jednu miliardu, 65 % dá Německo, 5 % spolkový stát Meklenbursko a 30 % Evropská unie. Až 7,5 mil. dolarů zaplatí Spojené státy! Prestižní laboratoře Princeton Plasma Physics Laboratory, Oak Ridge National Laboratory a Los Angeles National Laboratory dodají pro stelarátor W7-X korekční cívky pro přesné nastavení magnetického pole na okraji plazmatu, pláty pro ochranu stěn před plazmatem v jeho počáteční třicetisekundové bouřlivé budovatelské fázi a některá měřicí zařízení pro pozorování plazmatu. Dohoda platí od letošního roku s termínem dodání prosinec 2012. Slovy vědeckého ředitele Wendelsteinu Thomase Klingera: „Tokamak se lehko postaví a těžko provozuje, zatímco stelarátor se těžko postaví a lehko provozuje.“ Druhou část bonmotu bude muset Wendelstain teprve dokázat. Ing. Milan Řípa