TERMONUKLE┴RN═ REAKTORY

V∞da zatφm zvolila dv∞ zßkladnφ cesty, kudy se nynφ ubφrß v²zkum termonukleßrnφ syntΘzy. Zßkladnφ rozdφl mezi nimi je ve zp∙sobu, jak²m se do "paliva" p°ivßdφ pot°ebnß energie pro zφskßnφ ₧havΘho plazmatu. Prvnφ cesta vyu₧φvß nynφ ji₧ klasick²ch elektrick²ch pulz∙ do z°ed∞nΘ sm∞si "paliva" v magnetick²ch " nßdobßch" r∙znΘho tvaru, druhß v u₧φvß sv∞teln²ch pulz∙ vysokov²konn²ch laser∙, soust°e∩ujφcφch svΘ paprsky do spalovacφ komory.

	Reaktor s v²bojovou trubicφ prstencovΘho tvaru - Toroid.

Cesta prvnφ:

Hlavnφ Φßstφ souΦasnΘho f·znφho reaktoru je prstencovß kruhovß nßdoba, uvnit° napln∞nß plazmou zah°φvanou siln²mi elektrick²mi v²boji na vysokΘ teploty. Pot°ebnou vzdßlenost plazmy od st∞n zajiÜ¥ujφ silnß magnetickß pole.
Touto ·pravou se tepelnΘ zatφ₧enφ st∞n snφ₧φ na 1 000 a₧ 1 300 ░C. Vnit°nφ nßdoba je obklopena plßÜt∞m z tekutΘho lithia.
Lithium zde plnφ n∞kolik ·kol∙. Jednak ochlazuje st∞ny vnit°nφ nßdoby, jednak p∙sobenφm unikajφcφch neutron∙ z procesu jadernΘ syntΘzy se zde rodφ tritium. SouΦasn∞ plnφ i poslßnφ energetickΘho mΘdia. Odvßdφ vyrobenΘ teplo k v²m∞nφk∙m elektrßrny, kde oh°φvß vodu ke klasickΘ v²rob∞ elektrickΘ energie v turbφnou pohßn∞nΘm generßtoru.
DalÜφ vrstvu obalu tvo°φ grafitov² plßÜ¥ nebo voda nasycenß b≤rem. Zde se zachycujφ anebo zpomalujφ neutrony, kterΘ by jinak pronikaly mimo reaktor.

27 km dlouh² prstenec pro v²zkum elektron-pozitronov²ch interakcφ.

Grafitov² Ütφt a b≤rovß clona majφ za ·kol odstranit problΘm, kter² byl pojmenovßn jako druhotn∞ vybuzenß radioaktivita. P°i jadernΘ syntΘze toti₧ dochßzφ k lavinovitΘmu ·niku neutron∙. Neutrony vÜak nemajφ elektrick² nßboj, a proto nepodlΘhajφ vlivu magnetickΘho pole. Hrozφ proto nebezpeΦφ, ₧e bez odstφn∞nφ budou vnikat do jader atom∙ prvk∙ materißlu, ze kterΘho je reaktor zkonstruovßn. Mnohß z nich pak p°em∞nφ na um∞le radioaktivnφ jßdra jejich izotop∙. Odpad (nebo takΘ v²stup) jadernΘ syntΘzy sßm o sob∞ radioaktivnφ nenφ. Vznikß helium. Nenφ-li vÜak proces probφhajφcφ v reaktoru dokonale stφn∞n a izolovßn, stane se radioaktivnφm sßm materißl, z n∞ho₧ je reaktor postaven.
Dßle je zde tepelnß izolaΦnφ vrstva a soustava supravodiv²ch cφvek, vytvß°ejφcφch magnetickΘ pole uvnit° reaktoru. Chladicφm prost°edkem supravodivΘ Φßsti b²vß tekutΘ helium, sni₧ujφcφ teplotu na -269 ░C. Reaktor je tedy velmi slo₧itΘ technickΘ dφlo, kde v t∞snΘm sousedstvφ le₧φ z≤ny teplΘ miliony stup≥∙ Celsia a Φßsti zmrazenΘ k blφzkosti absolutnφ nuly. P°edpoklßdß se, ₧e elektrick² v²kon reaktor∙ tohoto typu by byl 2 000 a₧ 3 000 MW.
Reprezentantem takovΘho termonukleßrnφho reaktoru je znßm² TOKAMAK, zkonstruovan² v b²valΘm SSSR. Je to mezinßrodn∞ p°ijat² souhrnn² nßzev pro reaktory s v²bojovou trubicφ prstencovΘho tvaru, naz²vanou toroid, ulo₧enou v silnΘm magnetickΘm poli. K zapßlenφ v²boje v takovΘ trubici nenφ t°eba umφs¥ovat elektrody. StaΦφ situovat trubici tak, aby tvo°ila sekundßrnφ vinutφ transformßtoru, a do primßru transformßtoru pak zavΘst impulz elektrickΘho proudu. Tφm vznikne uvnit° v²bojovΘ trubice elektrickΘ nap∞tφ; kterΘ ionizuje deuterium. Obdobn∞ jako v trubici s elektrodami nastane uzav°en² prstencov² v²boj, kter² se po jeho z·₧enφ vlivem silnΘho magnetickΘho pole soust°edφ v ose trubice a st∞n se v∙bec nedotkne.

	Zßvislost Lawsonova kritΘria na dosa₧en²ch teplotßch plazmy u r∙zn²ch typ∙ toroidnφch komor.

Aby termonukleßrnφ reakce vznikla a udr₧ela se, je v reaktoru zapot°ebφ zah°ßt urΦitΘ mno₧stvφ "paliva" na vysokou teplotu a udr₧et ji po urΦitou dobu v konzistentnφm stavu. VzßjemnΘ vztahy mezi druhem "paliva", jeho mno₧stvφm, minimßlnφ v²Ükou pot°ebnΘ teploty a dobou nutnou k prob∞hnutφ reakce jsou mezi sebou vßzßny a popsßny tzv. Lawsonov²m kritΘriem. To znamenß, ₧e je mo₧no urΦit p°i zm∞n∞ jednΘ z v²Üe uveden²ch hodnot hodnoty ostatnφ, nebo¥ ty se zßvisle m∞nφ. V∞da tak zφskala u₧iteΦnΘho pomocnφka s velice u₧iteΦn²mi d∙sledky.
Jako p°φklad m∙₧eme uvΘst hodnoty plynoucφ z Lawsonova kritΘria pro f·zi deuteria a tritia. Pro zdßrn² pr∙b∞h tΘto reakce je pot°eba, aby reagovalo 1.10¹⁴ jader za sekundu v 1 cm³ plazmy p°i teplot∞ 5.10⁷. Pro samotnΘ deuterium by tato tepelnß hodnota dosßhla hodnoty 5.10⁹ K. Kelviny jsou odvozeny od absolutnφ teploty. Pro p°epoΦet Kelvin∙ na ░Celsia platφ rovnice:
   T (K) = 273,16 + t (░C)
Termonukleßrnφ f·ze by se tedy m∞la kontrolovan∞ rozho°et p°i teplot∞ 50 milion∙ kelvφn∙ v plazm∞ o hustot∞ 100 bilion∙ jader v jednom krychlovΘm centimetru po dobu minimßln∞ jednΘ sekundy. Zatφm se to vÜak nepoda°ilo. ┌sp∞ÜnΘ dokonΦenφ dφla je ·kolem dalÜφho, nijak levnΘho v²zkumu.

CelkovΘ energetickΘ schΘma termonukleßrnφho f·znφho reaktoru. 1-toroidnφ f·znφ reaktor, 2-plazma o teplot∞ 200 mil K, 3-toroidnφ nßdoba f·znφho reaktoru, 4-chladφcφ plßÜ¥ reaktoru s tekut²m lithiem, 5-ochrann² plßÜ¥ z grafitu nebo vody, 6-tepelnß izolace, 7-stφn∞nφ elektromagnet∙, 9-chlazenφ elektromagnet∙ tekut²m lithiem, 10-vakuovß mezist∞na, 11-p°φvod elektrickΘ energie pot°ebnΘ ke startu reaktoru, 12-napßjenφ elektromagnet∙ elektrick²m proudem, 13-biologickΘ stφn∞nφ reaktoru, 14-chladφcφ za°φzenφ (-269░ C), 15-Φerpadlo lithia, 17-odluΦovaΦ tritia (T), 18-zßsobnφk novΘho tritia vyrobenΘho v reaktoru, 19-zßsobnφk deuteria (D), 20-p°φprava zßsob D-T pro reaktor, 21-vst°ikovacφ za°φzenφ D-T do reaktoru, 22-vakuovΘ Φerpadlo, 23-odluΦovaΦ plynu, 24-zßsobnφk helia, 25 a 26-parogenerßtory, 27-kondenzßtor, 28-Φerpadlo kondenzßtu, 29 a 30-turbosoustrojφ.

	Zßkladnφ energetickΘ schΘma termonukleßrnφho laserovΘho reaktoru. 1-laser, 2-soustava odrazov²ch zrcadel, 3-d∞liΦe paprsk∙, 4-kaskßda nßsobiΦ∙ laserov²ch paprsk∙ (zesilovaΦe), 5-sm∞rovacφ zrcadla, 6-soustava odrazov²ch zrcadel, 7-reaktor

Cesta druhß:

Jin²m myÜlenkov²m proudem v °eÜenφ termonukleßrnφ reakce je takovß konstrukce reaktoru, kde energie zvyÜujφcφ teplotu deuteria nenφ dodßvßna elektrick²mi pulzy, ale sv∞tlem laserov²ch paprsk∙.
Termonukleßrnφ syntΘza prob∞hne p∙sobenφm svazk∙ laserov²ch paprsk∙ na kapsle obsahujφcφ sm∞s deuteria a tritia. K tomuto ·Φelu se pou₧φvajφ plynovΘ lasery. Paprsky se mnohonßsobn∞ zesilujφ.
Jeden sv∞teln² pulz laserovΘ soustavy je pak schopen b∞hem 100.10^-12 sekundy p°edat ozß°enΘ kapsli sv∞telnou energii a₧ 50 kJ, co₧ odpovφdß ÜpiΦkovΘ vstupnφ energii a₧ 100.10⁶ MW.
KapalnΘ kapsle o pr∙m∞ru maximßln∞ 1 mm jsou zavßd∞ny labyrintem do aparatury a v jeho st°edu padajφ do spalovacφ komory, kterß mß pr∙m∞r 3 mm. Ve spalovacφ komo°e jsou oza°ovßny soust°ed∞n²mi svazky laserov²ch paprsk∙. Rychlost rozpadu kapsle se blφ₧φ 8500 m/s. VzniklΘ ₧havΘ plazma je schopno termonukleßrnφ reakce.
Uvoln∞nß tepelnß energie se v tomto typu reaktoru bude odvßd∞t prost°ednictvφm tekutΘho lithia do tepeln²ch v²m∞nφk∙. Elektrick² proud se pak bude vyrßb∞t zcela konvenΦnφm zp∙sobem v parogenerßtorech. Elektrick² v²kon reaktor∙ tohoto typu se uva₧uje do 1000 MW.
P°edpoklßdß se, ₧e v p°φpad∞ ·sp∞ÜnΘho zv²Üenφ ·Φinnosti laser∙ ze souΦasn²ch 10 % na 30 % a pou₧itφ sm∞si izotopu b≤ru a vodφku by bylo mo₧nΘ oΦekßvat zv²Üenφ v²konu reaktor∙ tohoto typu a₧ na 3 000 MW.
OΦekßvß se takΘ, ₧e reaktory prvnφho typu by byly znaΦn∞ rozm∞rnΘ a v²b∞r lokalit pro jejich umφst∞nφ obtφ₧n∞jÜφ ne₧ u reaktor∙ druhΘho typu. LaserovΘ reaktory by se mohly konstruovat i pro podstatn∞ menÜφ v²kony (od 50 do 200 MW). Mohly by se stav∞t i v menÜφch m∞stech, v pr∙myslov²ch podnicφch anebo i jako pojφzdnΘ (mobilnφ) jednotky.
Mezi nejv∞tÜφ a nejznßm∞jÜφ sv∞tovß za°φzenφ tohoto typu pat°φ ruskß dvacetiprvkovß FLORA a americkß SHIVA o v²konu 200 TW v jednom pulzu.

SchΘma jinΘ varianty termonukleßrnφho laserovΘho reaktoru. 1-vakuovß komora reaktoru, 2-vstup pelet D-T, 3-vstup laserov²ch impulz∙ dvanßcti trubicemi, 4-lithiovß ochrannß st∞na, 5-porΘznφ st∞na, 6-vnit°nφ st∞na reaktoru, 7-hlavnφ tlakovß nßdoba, 8-hlavnφ Φerpadlo, 9-recirkulaΦnφ Φerpadlo, 10-supersonick² kondenzßtor, 11-sekundßrnφ okruh pßry, 12-parnφ generßtor, 13-Φerpadlo kondenzßru, 14-pelety D-T.

Termonukleßrnφ elektrßrny

Snahou a veÜker²m ·silφm v²zkumu je v koneΦnΘ fßzi zkonstruovat a postavit skuteΦnou funkΦnφ termonukleßrnφ elektrßrnu. Prvnφm p°edpokladem je tedy dosßhnout takovΘho stavu syntΘzy, aby energie do procesu dodßvanß byla p°ev²Üena energiφ z procesu odebφranou. Energetick² zisk je pln∞ zßvisl² na v²Üce teploty dosa₧enΘ ve "spalovacφm prostoru" za°φzenφ.
P°es vÜechny dosavadnφ ·sp∞chy, kdy se kr∙Φek za kr∙Φkem stupe≥ dosa₧enΘ teploty zvyÜuje, je cesta k plnΘmu vyu₧φvßnφ termonukleßrnφ energie znaΦn∞ vzdßlenß.
Dnes lze jen t∞₧ko p°edpov∞d∞t, jak bude za°φzenφ i celß elektrßrna vyhlφ₧et i jak² typ reaktoru bude pou₧it. Volba bude zßle₧et na mnoha dosud jeÜt∞ ani ne dob°e znßm²ch okolnostech.
Bude-li uva₧ovßna ·Φinnost 40 %, pak pro elektrick² v²kon 1000 MW bude nutnΘ dosßhnout v²kon reaktoru 2 500 MW.
Dß se tedy pouze p°edpoklßdat, ₧e materißl, kter² bychom volili dnes, bude pou₧it i v budoucnosti. Dnes bychom jist∞ pro prstenec komory kv∙li vysok²m teplotßm volili molybdenovΘ slitiny. Uzav°en by m∞l b²t v plßÜti napln∞nΘm roztaven²mi solemi fluorid∙ berylia a lithia. Kolem tΘto vrstvy bude dalÜφ ochrann² plßÜ¥ na ochranu proti neutron∙m.
Vinutφ magnet∙ bude provedeno ze supravodivΘho materißlu. Povaha provozu bude pot°ebovat jeÜt∞ dodateΦn² zdroj tritia vyrßb∞nΘho z lithia ost°elovßnφm neutrony.
V p°φpad∞ vyu₧itφ laserov²ch reaktor∙ nenφ vylouΦeno, ₧e bude pou₧ito hv∞zdicovitΘ uspo°ßdßnφ laserov²ch systΘm∙.
V USA pracuje za°φzenφ HELIOS. Je vybaveno osmi laserov²mi paprsky a uprost°ed je vßlcovß nßdoba s terΦφkem stlaΦenΘho paliva.
HELIOS m∙₧e vyvinout energii 10 kJ. Vstupnφ okna terΦovΘ komory majφ pr∙m∞r 350 mm. Pulzy trvajφ 0.5 a₧ 1 ns (1 ns (nanosekunda) = 10^-9sec) a majφ hladinu v²konu 20 TW. Lasery CO₂ mohou opakovat pulzy 750 krßt za sekundu.

	Princip termonukleßrnφho reaktoru laserovΘ f·ze typu HELIOS firmy LASL (USA). 1-terΦovß komora reaktoru HELIOS s HArtmannov²m mechanismem dßvkovßnφ paliva (D-T), 2-otoΦnß a fokusovß zrcadla, 3-palivov² terΦφk, 4-dvojitß pulznφ laserovß d∞la.

V roce 1984 bylo uvedeno do provozu za°φzenφ ANTARES. Je desetinßsobn∞ v²konn∞jÜφ ne₧ HELIOS. K za°φzenφ je p°ipojeno 6 laserov²ch zdroj∙.
V²roba palivov²ch terΦφk∙ je velmi slo₧itß a nßkladnß. Nßpl≥ D-T (deuterium-tritium) je uzav°ena pod vysok²m tlakem p°i nφzk²ch teplotßch do kapslφ a je pokryta kovov²mi, plastov²mi anebo kombinovan²mi sko°ßpkami. Ideßlnφ a velmi v²hodnΘ bude vynechat tritium a f·znφ reakci provozovat pouze na zßklad∞ deuteria. P°φprava materißl∙ by se tφm podstatn∞ zjednoduÜila a zlevnila. To bude ovÜem vy₧adovat jeÜt∞ dalÜφ mnohaletou p°φpravu, proto₧e tφmto krokem by se op∞t zv²Üila nutnß teplota v reakΦnφm poli.
V²hled na spuÜt∞nφ prvnφ funkΦnφ termonukleßrnφ elektrßrny s parogenerßtorov²m mezistupn∞m se odhaduje na prvnφ polovinu 21. stoletφ.