Mezinárodní termonukleární experimentální reaktor, anglickou zkratkou ITER (International thermonuclear experimental reactor), je objektivně řečeno nejdražším vědeckým zařízením všech dob. Jeho celková cena se odhadovala nedávno na zhruba 23 miliard dolarů, fakticky to bude ještě možná o dost více. a to i kvůli skutečnostem, o kterých se dočtete v následujícím textu.
Stavba zařízení, které má dokázat praktickou použitelnost výroby energie pro lidské potřeby stejným procesem, jakým ji „produkují“ Slunce a další hvězdy, narazila na nepříjemnou obtíž. V klíčových komponentech byly objeveny trhliny, které nelze ponechat bez opravy. Ta se však neobejde bez velmi rozsáhlého zásahu do průběhu stavby.
Celkový pohled na stavební jámu reaktoru ITER, na kterém je vidět už nainstalovaný modul budoucí vakuové nádoby; ten bude nutné znovu vyjmout © ITER
MEZINÁRODNĚJI UŽ TO SKORO ANI NEJDE
Na výstavbě ITER spolupracuje 35 zemí — Evropská unie se na jeho výstavbě podílí téměř polovinou nákladů, zatímco zbylých šest členů (Čína, Indie, Japonsko, Jižní Korea, Rusko a USA) přispívá rovným dílem na zbytek. Stavba byla zahájena v roce 2010 a původní cílové datum dokončení první plazmy v roce 2018 bylo v roce 2016 Radou ITER posunuto na rok 2025 (a ani to nemusí kvůli novému vývoji platit).
Stavba ITER se rozbíhala jen velmi pomalu a problematicky. Složitá struktura projektu, která vznikla dohodou všech členských zemí, se ukázala jako naprosto nepraktická. I když časem došlo k určitému zjednodušení, ITER pořád trpí tím, že dodavatele nelze vybírat pouze na základě jejich kompetentnosti, ale také s ohledem na příspěvky jednotlivých členských zemí. Díly se v místě stavby, v jihofrancouzském Cadarache, „scházejí“ z několika kontinentů, i když by alespoň některé šlo vyrobit blíže a levněji.
V posledních několika letech se podařilo projekt postupně dostat na lepší trajektorii. Pak přišla válka na Ukrajině, která ohrozila dodávku klíčových částí reaktoru z Ruska. Organizace ITER ovšem nakonec na rozdíl od řady jiných vědeckých uskupení Rusko ze svých řad nevyloučila, takže tento faktor projekt zatím neohrožuje.
Velkou zásluhu na tom, že se ITER začal blížit dokončení, měl roku 2014 nastoupivší ředitel projektu Bernard Bigot (více o něm i stavu projektu v boxu). Ten však bohužel v květnu letošního roku během výkonu funkce nečekaně zemřel. Veliký problém, který může ohrozit plánovaný harmonogram projektu, tak musí řešit jeho nástupce Pietro Barabaschi: po dvou a půl letech od zahájení montáže zařízení byly zjištěny závady na dvou klíčových součástech tokamaku — na tepelných štítech vakuové nádoby a kryostatu.
Na snímku jednoho modulu vakuové nádoby reaktoru ITER je zřetelně vidět tenký tepelný štít a trubky chlazení vložené mezi vlastní vakuovou nádobu (vpravo) a jednu z cívek toroidního pole (vlevo) © ITER
ŠTÍT, KTERÝ PRASKÁ
Tepelný štít vakuové nádoby a tepelný štít kryostatu jsou aktivně chlazené postříbřené prvky o tloušťce 20, resp. 10 mm. Oba jsou nezbytnou součástí tepelné izolace supravodivého magnetického systému pracujícího s kapalným héliem, tedy při teplotě 4 K (−269,15 °C).
Masivní vakuová nádoba reaktoru je rozdělena do devíti modulů. Jeden z nich už byl nainstalován v montážní jámě, další instalace čeká. Panely tepelného štítu jsou umístěny v úzké mezeře mezi stěnou vakuové nádoby a cívkami toroidního pole (na jeden modul připadají dvě). Tepelný štít o průměru přibližně 20 m chrání také vnitřní stěnu kryostatu. Spodní část tepelného štítu kryostatu byla uvnitř jámy umístěna v lednu 2021.
V listopadu 2021 byly při zkouškách s využitím helia zjištěny netěsnosti na tepelném štítu vakuové nádoby, který na staveniště dorazil o rok a půl dříve z Jižní Koreje. K odhalení příčiny urychleně vznikly pracovní skupiny s odborníky z různých partnerských zemí projektu. Těm se podařilo jako hlavní zdroj problému identifikovat pnutí, které v materiálu vzniklo při tvarování a svařování trubek pro chladicí kapalinu. Pnutí v některých případech zhoršily pomalu probíhající chemické reakce vyvolané přítomností malého množství sloučenin chlóru v některých místech kolem svarů.
Jak se tam chlór dostal? Než se panely tepelného štítu postříbří, s pomocí kyseliny chlorovodíkové se zbavují nečistot. Povrch se poté potáhne vrstvou niklu, a teprve potom dojde na stříbro. Právě během tohoto procesu v blízkosti některých svarů zůstalo malé množství sloučenin chlóru, které pomalu, ale jistě přispívaly ke korozi materiálu. Ve výsledku došlo k tzv. „koroznímu popraskání“. V potrubí se časem vytvořily trhliny hluboké až 2,2 mm.
Příklad trhlin odhalených v komponentech reaktoru ITER © ITER
Špatné odplavování chlóru zhoršilo potíže v případě štítu kryostatu. Deformace materiálu vakuové komory má ovšem jinou, avšak snáze představitelnou příčinu: malé nepřesnosti ve výrobě. V ideálním světě 3D návrhů do sebe součástky zapadají jako ozubená kolečka v hodinovém strojku. V reálném světě průmyslu během výroby nevyhnutelně vznikají odchylky.
V tomto případě umocněné celkovou složitostí sektorů vakuových nádob ITER. Nároky na přesnost při výrobě vakuové nádoby o výšce šestipatrové budovy jsou jednoduše mimořádné — a zjevně se je nepodařilo dokonale vyřešit. U tří již dodaných sektorů vakuové nádoby vedlo svařování jednotlivých segmentů ke vzniku odchylek od daných rozměrů, výrazně převyšujících stanovený limit.
MUSÍ SE MYSLET NA NEJHORŠÍ
Po odhalení příčin se samozřejmě nabízela zásadní otázka: jde o problém omezený pouze na určité kusy, nebo obecnější problém, který postihuje všechny díly tepelného štítu?
Jen „pohledem“ zvenčí to nejde určit, proto se vedení projektu rozhodlo pro maximální opatrnost. Předpokládá raději, že problém je rozsáhlý, a musí dojít na důkladnou kontrolu všech už nainstalovaných částí reaktoru. „Riziko je příliš vysoké a důsledky netěsnosti panelu tepelného štítu během provozu jsou příliš hrozivé,“ uvedl k tiskové zprávě k události generální ředitel ITER Pietro Barabaschi.
Pracovníky ITER tedy čeká náročné rozebírání složité technické skládačky, kterou pracně dávali dohromady. Zařízení bylo hotovo ze zhruba 70 % a na své místo už bylo uložen více než milion komponent.
Původně se spekulovalo, že nutné opravy vad ve vakuové nádobě by se mohly provést přímo ve stavební jámě. „Problémy s tepelným štítem náš pohled ovšem změnily,“ uvedl generální ředitel ITER. Oprava potrubí tepelného štítu si stejně žádá demontování již umístěné části vakuové nádoby, takže ani neexistuje jiné řešení než jej odstranit.
Samozřejmě už byly zastaveny i montáže dalších součástí reaktoru. Postup, jakým se budou opravy provádět, zatím přesně daný není. Zkoumají se různé možnosti. V ITER různé skupiny nyní připravují strategii průběhu oprav, vypracovávají časové scénáře a odhadují náklady. Zatím tedy není jasné, o kolik se tím stavba prodraží.
| VELKÁ ZTRÁTA NEJEN PRO ITER |
| Náhlé úmrtí Bernarda Bigota v květnu letošního roku je pro ITER větší otřes, než by se mohlo u tak rozsáhlé kolaborace zdát. Bigot byl do funkce uveden v roce 2014 už jako velmi zkušený vědecký manažer. Před nástupem v Cadarache byl šéfem francouzské Komise pro alternativní a atomovou energii (CEA ) a francouzským komisařem pro atomovou energii. Do své funkce se energický Francouz dostal v době, kdy byl projekt ITER v extrémně špatném stavu. Vystřídal Japonce Osamua Motodžimu, který byl ve funkci od roku 2010. Komise, která měla nového ředitele ITER vybrat, dostala od členských států návrhy na 10 osob, nakonec ale jako jediného kandidáta doporučila právě Bigota. Změna vedení projektu se tehdy všeobecně očekávala. Když v únoru 2014 projednával ITER nové hodnocení projektu, situace byla velmi kritická — mnohem kritičtější, než tomu u podobných projektů bývá. Ostatně nebylo možné popřít, že projekt se dlouhodobě potýkal se skluzy v harmonogramu, s nárůstem nákladů a s dalšími potížemi. Cenový odhad za dokončení projektu vystoupal již v roce 2014 z původních zhruba 5 miliard na 15 miliard eur. A celkem otevřeně se mluvilo i o tom, že ani tato částka není konečná. ITER měl stát původně v roce 2010, ale start byl postupně oddalován. V roce 2014 se mluvilo o roce 2020, ale ani to nebylo realistické. Před odhalením současných problémů s trhlinami se mluvilo o spuštění v roce 2025 a dlouho se zdálo, že jde o cíl splnitelný. Motodžima v roce 2010 do projektu nastupoval trochu jako krizový manažer. Měl zkušenosti se stavbou japonského tokamaku, která proběhla podle rozpočtu a časového plánu. Naděje ovšem nenaplnil. Řada výtek ve zmiňované zprávě směřovala právě k vedení projektu. Zpráva mimo jiné uváděla, že ITER by potřeboval v čele výraznou a vůdčí osobnost, kterou ovšem japonský ředitel nebyl. Řada lidí z projektu si stěžovala, že důležité rozhodování probíhalo za zavřenými dveřmi v malé skupince téměř výhradně japonských spolupracovníků. Motodžima měl pověst ředitele, který ITER vedl podobně jako tradiční japonskou korporaci s hierarchickou strukturou, ve které se šetří informacemi navenek i dovnitř. Asi je zbytečné dodávat, že drtivá většina vědců a inženýrů pracujících na projektu na něco takového nebyla zvyklá. Problém nebyl ovšem pouze v osobnosti ředitele. Projekt s nástupem Bigota musel změnil také strukturu, a to na základě předchozích špatných zkušeností s těžkopádností spolupráce. Do roku 2015 platilo, že centrála, tzv. ITER Organization, nebyla nadřazena agenturám jednotlivých členských států. To znamenalo, že o každém rozhodnutí se muselo pečlivě a často zbytečně komplikovaně vyjednávat s několika desítkami zemí. Vedení projektu také v podstatě nemělo páky, jak by jednotlivé členské státy mohlo donutit k dodávkám jednotlivých dílů podle harmonogramu. Po změně byla ITER Organization národním organizacím nadřazena, a struktura ITER se tak přiblížila podobě např. evropského fyzikálního střediska CERN. Příchod Bernarda Bigota do vedení ITER Organization znamenal viditelný obrat k lepšímu. ITER už samozřejmě nikdy původní zpoždění nedohnal a levnější už také nebude. Ale jak jsme uvedli, celkem realisticky se zdálo, že projekt by v roce 2025 skutečně mohl zrealizovat „první plazma“. Jak vidno, podobně náročné technické sny se málokdy mění ve skutečnost bez potíží a problémů. |