Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> ATRAKTIVNÍ PROJEKTY: HiPER – jedna z energetických nadějí
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.
Nomenklatura:

ATRAKTIVNÍ PROJEKTY: HiPER – jedna z energetických nadějí

Cílem mezinárodního projektu HiPER (High Power laser Energy Research) je vyvinout koncepci a technologické zařízení pro generování inerciální fúzní energie. Chce napodobit fyzikální podmínky například ve středu Slunce nebo v jádrech hvězd a za pomoci výkonného laseru nastartovat jadernou fúzi, která je nezbytnou podmínkou pro uvolnění a následné využití velkého množství energie.

Evropa nechce být pozadu

Vědci v USA, v Rusku, v Japonsku i v Evropě se už více pět desetiletí zabývají využitím jaderné fúze v energetice, což je jeden ze základních problémů dalšího vývoje lidské civilizace.

Anotace
Takto bude asi vypadat reaktor HiPER. 

Evropská unie se snaží fúze dosáhnout prostřednictvím magnetické komprese v rámci projektu Iter. Sleduje i druhou cestu. Tu představuje projekt HiPER, který chce sloučením atomových jader a spuštěním fúze vyvolat impulzy obřího laseru. Takto získaná energie znamená energetickou bezpečnost.

Na podzim roku 2008 se v Londýně uskutečnilo prestižní setkání k zahájení přípravné fáze evropského projektu HiPER. Česká republika se na tomto projektu aktivně podílí. Letos se na konferenci v Praze hovořilo o dosavadním postupu.

Účast ve studii HiPER přijalo 26 institucí z 10 zemí. Hlavní roli hrají Velká Británie, Francie a Česká republika. Přímé náklady se odhadují na 13 miliard eur a dalších přibližně 50 milionů eur připadá na hardware a know-how zúčastněných stran. Podle náměstka ministra školství Vlastimila Růžičky se Česká republika podílí 2,4 milionu eur.

Anotace
 

Jaký je princip?

V reaktorech současných atomových elektráren vzniká energie štěpením atomů s těžkými jádry, zatímco při termojaderné fúzi se naopak atomy s lehkými jádry slučují. V obou případech se uvolňuje využitelná energie, při fúzi však mnohem větší, a navíc při ní nevzniká radioaktivní odpad. Jde totiž o zcela novou technologii, na rozdíl od tokamaků, v nichž se žhavé plazma udržuje pod kontrolou pomocí magnetických polí.

Dosud největší tokamak na světě - Iter - se buduje ve francouzském Cadarache, kde je světové centrum fúzního výzkumu. V Česku byl spuštěn tokamak Compass, který je desetkrát menší variantou Iteru. Konfigurace magnetického pole, které udržuje žhavé plazma pod kontrolou, je v obou zařízeních shodná. Compass slouží k fyzikálnímu výzkumu.

Při jaderné fúzi dochází ke spojení dvou atomů vodíku v jeden atom helia. Palivem je deuterium, které se získává z obyčejné vody, tudíž je jako zdroj nevyčerpatelné. Během reakce se uvolňuje obrovské množství využitelné energie a proti konkurenční tzv. štěpné reakci má jaderná fúze mnohá pozitiva. Je především bezpečná, neboť nevytváří jaderný odpad jako klasické jaderné elektrárny a případná radioaktivita vzniklého malého množství odpadu je zanedbatelná. Radioaktivní izotopy, které vznikají během jaderné fúze, mají velmi krátkou životnost, takže odpadá problém s jejich skladováním.
Koncepčně je princip laserem řízené fúze podobný spalovacímu motoru. Pracuje totiž na bázi komprese a vznícení paliva. Laserové pulzy stlačí palivo (deuterium a tritium) na extrémně vysokou hustotu. Vysoce výkonný laser pak zvýší jeho teplotu až k fúzní teplotě 100 milionů stupňů Celsia, kdy se palivo zažehne. Výkon těchto laserů je zhruba desettisíckrát větší než výkon celé elektrické sítě Velké Británie. Trvá ale jen zlomek sekundy.

Časová osa

Vědci předpokládají, že projekt HiPER se bude vhodně doplňovat s projektem vysoce výkonného laseru ELI, který se má budovat v České republice.

HiPER je dlouhodobý projekt. Člen řídicího výboru projektu Mike Dunne odhaduje, že by se elektrárny na tomto technologickém základě mohly stavět za 15 až 20 let. Výhodou účasti České republiky na vývoji této technologie je, že se bude na tomto duševním vlastnictví také podílet.

Projekt rovněž umožní výzkum chování hmoty v nejextrémnějších podmínkách, které existují ve vesmíru a kterých nelze jinde na Zemi docílit. Jde podle vědců o teploty ve stovkách milionů stupňů a tlak v miliardách atmosfér a o enormní elektrická a magnetická pole. Využijí ho nukleární obory a vědy zabývající se vývojem nových materiálů.

Momentálně se projekt HiPER nachází ve stadiu tzv. přípravné fáze. Během ní je třeba vyvinout a otestovat celou řadu technologií, např. novou generaci vysokorepetičních, vysoce účinných laserů čerpaných polovodičovými diodami. Dále je nutné získat nové poznatky týkající se vlastního procesu termonukleární reakce, jejího řízení, výroby a přesného nastavování termonukleárních terčů, problematiky extrakce energie z produktů termálních neutronů apod.
Přípravná fáze projektu se pohybuje v časovém horizontu 2008 až 2010/12 a v letech 2012 až 2015 by mělo dojít k samotné stavbě.

Náš přínos
Česká republika je do tohoto projektu aktivně zapojena a spolupracuje na několika tzv. pracovních skupinách (work package). Středem jejího zájmu jsou vědecké a výzkumné práce, vývoj pokročilých technologií (např. rentgenová optika, technologie výměníku terčů, rtg. detektory) a zadávání přímých zakázek pro firmy.
V rámci celého projektu hraje ČR opravdu specifickou roli. Vzhledem k tomu, že je v laboratoři PALS v Praze jeden ze tří laserů v Evropě využitelných pro testy fúzního konceptu, bude se podílet i na průběhu samotných pilotních experimentů.
V dlouhodobém strategickém zájmu pro ČR HiPER prohloubí zapojení českých subjektů (MŠMT, AV ČR, ČVUT) do evropských projektů v oboru výkonných laserů a fyziky vysokých hustot energie a také bude znamenat významný přínos pro vzdělávání a vědu u nás.

USA na špičce

HiPER je reakcí konsorcia evropských laboratoří na obdobné projekty v USA (Omega EP, NIF) a v Japonsku (FIREX). Kalifornský guvernér Arnold Schwarzenegger už vloni s patřičnou hrdostí v hlase oznámil: „Máme největší laser na světě." Jeho nadšení se nemůžeme divit, protože se jedná o světovou senzaci. Vědci ve výzkumném centru National Ignition Facility (NIF) nedaleko San Franciska vyvinuli vysokovýkonný superlaser, který se uplatní při jaderné fúzi. Dokáže ale také simulovat test jaderné bomby, aniž by muselo dojít ke skutečnému výbuchu.

Celkem 192 jednotlivých laserových paprsků soustředí do svazku a zaměří na jediný bod. „Díky tomuto úspěchu jsme schopni produkovat tisíce megawattů energie bez škodlivin a dalších nevýhod jaderných elektráren," liboval si při návštěvě ústavu guvernér.

Laserové zařízení, jež je součástí národní laboratoře Lawrence-Livermore-Nationallabors, si vyžádalo náklady ve výši 3,5 miliardy dolarů. Laser začali stavět v roce 1997 za finanční podpory Národního úřadu pro jadernou bezpečnost NNSA amerického ministerstva energetiky. Ředitel NIF Edward Moses označil první úspěšné uskutečnění jaderné fúze v laboratorních podmínkách právem za historický okamžik.

Vídeň - metropole vědy

Hlavní město Rakouska se blíží svému cíli - do roku 2015 se chce stát hlavním městem vědeckého výzkumu a vývoje v oblasti střední Evropy. Ostatně je to patrné i na tváři města: už deset let zde úspěšně pracuje Tech Gate a řada dalších vědecko-výzkumných základen.

Tento výrazný pokrok je výsledkem masivní podpory magistrátu. Od roku1997 investovala Vídeň do vědecko-výzkumných projektů asi 400 milionů eur. Finanční injekce směřovaly především do věd o životě, inovací v průmyslu, informačních a komunikačních technologií a v neposlední řadě do dopravy a logistiky. Vídeňská „výzkumná kvóta" přesahuje 3 procenta a už překročila doporučení Evropské unie pro rok 2010. Mezi nejnovější vědecká pracoviště patří Vídeňská škola informatiky, Výzkum plazmatu firmy Baxter nebo Vídeňský ústav biotechnologií.

Vídeňskou podporu vědě doplňuje také rakouská vláda. Soustředila se zejména na Austrian Center for Biotechnology a European Centre of Tribology.

Anotace
Už deset let je ve Vídni v provozu výzkumné centrum Tech Gate.

Pro delikátní případy

Bezpilotní vrtulník Camcopter vídeňské firmy Schiebel je také výsledkem vědecko-technického vývoje, který město podporuje. Jeho výhodou proti ostatním je autonomní řízení, jež umožňuje mnohostranné využití této helikoptéry.

Camcopter lítá zcela samostatně naprogramované trasy a dodává snímky v reálném čase. Podle potřeby se však mohou trasy okamžitě měnit. V případě, že se ztratí kontakt, helikoptéra se automaticky vrací na základnu. Jinak může být ve vzduchu až šest hodin a pohybovat se do vzdálenosti téměř 200 kilometrů od řídicí báze. Delší dobu také může zůstat „stát" ve vzduchu. Tyto vlastnosti společně s výhodnou konstrukcí (3 m délka, 200 kg hmotnost) zajistily této novince místo na světovém trhu.

Možností využití je celá paleta. Především se začíná využívat při kontrole ropovodů a plynovodů, ale také při hašení lesních požárů. Samostatnou kapitolou je nasazení v boji s mořskými piráty. Vrtulník nepotřebuje žádné startovací dráhy a může létat i úzkými údolími nebo při silném větru.

Anotace
Bezpilotní vrtulník Camcopter

Projekt MARS 500

Příprava kosmonautů na kosmické mise je jedním z nejdůležitějších aspektů úspěšnosti takových expedic. Svým dílem k tomu přispívá i Technická univerzita ve Vídni, jejíž vývojoví pracovníci vyvinuli nové tréninkové zařízení. Využívají je lidé připravující se k pobytu na mezinárodní kosmické stanici.

Zařízení se uplatňuje také v přípravě plánovaného dlouhodobého letu v projektu nazvaném MARS 500, který je simulován v moskevském Ústavu pro biomedicínské problémy. Zkoumá úplnou izolaci šestičlenné posádky při cestě na Mars a pobytu na něm. Předpokládá se, že expedice potrvá 520 dní. Zatím byla uzavřena první testovací fáze ve speciálním kontejneru v délce 105 dní. Vídeňský multifunkční dynamometr pro kosmické aplikace se plně osvědčil. Ukázalo se, že už několik dní po startu má beztížný stav na svaly neblahý vliv a kosmonauti musí denně absolvovat tzv. fitnessprogram. Zařízení umožňuje procvičovat svaly jak vestoje, tak vleže. Napojení na diagnostiku ukazuje, zda je cvičení dostatečně intenzivní.

 Anotace
Tréninkové zařízení pro projekt MARS 500

Dvoustranu připravil Karel Sedláček

ksedlacek@iol.cz

Další články

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky

Sledujte nás na sociálních sítích: