Tecnicall® - čtvrtletník Českého vysokého učení technického v Praze

Termojaderná fúze / Experimenty i výuka na tokamaku

Na rychle rostoucí zájem o kvalitní odborníky fyziky plazmatu a souvisejících technologií zareagovala Fakulta jaderná a fyzikálně inženýrská v roce 2005 založením nového studijního oboru Fyzika a technika termojaderné fúze. Studenti se učí i na dvou tokamacích – jednom přímo na fakultě a druhém v Ústavu fyziky plazmatu Akademie věd ČR.

Zvýšená poptávka po specialistech v oboru termojaderné fúze souvisela především s přípravou realizace mezinárodního projektu pokusného termojaderného reaktoru ITER ve Francii, s výzkumem inerciální fúze a s provozem tokamaku COMPASS v České republice. Studium má typicky mezioborový charakter zahrnující prakticky všechny oblasti fyziky, v níž v první řadě reaguje na inženýrské požadavky moderních fúzních experimentů, ale i sofistikovaných průmyslových, ekologických, materiálových a medicínských aplikací.

Fakultní GOLEM: reálný tokamakový provoz
V rámci podpory experimentální části výuky byl unikátním způsobem rekonstruován malý tokamak GOLEM, který nyní slouží jako centrum vzdělávání v oblasti fyziky, techniky a řízení experimentálního zařízení pro ovládnutí termojaderné fúze v pozemských podmínkách. Na tomto zařízení probíhá mnoho typů praktických cvičení, workshopů a letních škol fyziky plazmatu na objednávku institucí v rámci konsorcia evropských univerzit a výzkumných ústavů FUSENET (Fusion Education Network). Na tomto tokamaku se kromě vzdělávání věnujeme problematice aplikací vysokoteplotních supravodičů v reálném tokamakovém provozu, zkoumání doby udržení radiofrekvenčního plazmatu vybuzeného elektromagnetickou vlnou v magnetickém poli a mapujeme poloidální asymetrie toku plazmatu měřeného polem Machových sond. Unikátní konfigurace silových cívek a železného jádra tokamaku GOLEM se využívá pro vývoj a testování 3D modelu feromagnetika za účelem charakterizace změny rozložení vnějšího magnetického pole v blízkosti nenasycených (nebo částečně nasycených) feromagnetických materiálů.

COMPASS: studenti se podílejí na výzkumu
Druhým centrem realizace studentů tohoto zaměření se stal tokamak COMPASS v Ústavu fyziky plazmatu AV ČR, kde se studenti podílejí na řešení celé řady sofistikovaných témat počínaje technickým řešením řízení integrovaného experimentu, přes vývoj diagnostických metod nebo studium a interpretaci experimentálních dat z tzv. L-H přechodu (skokového zlepšení udržení plazmatu v magnetickém poli) až po fyzikální modelování procesů ve vysokoteplotním plazmatu. Vědečtí pracovníci z tokamaku COMPASS se podílí i na výuce našich studentů ve vyšších ročnících, zejména v rámci seminářů a výběrových přednášek. Společně pořádáme také dnes již tradiční zimní studentské konference v Mariánské v Krušných horách.

Mezinárodní experimenty
Spojovacím prvkem dvou rozdílných tokamaků je výzkum tzv. ubíhajících (runaway) nabitých částic. Tyto částice nejen že odnášejí energii ze systému, ale také mohou poškodit vnitřní povrch tokamaku. Relativně známý mechanismus jejich vzniku je v homogenním elektrostatickém poli. Proti urychlující síle působí brzdění částic prostřednictvím srážek. Pokud je ale počáteční rychlost dostatečně velká, nebo pokud je silné elektrické pole, jsou částice urychlovány až k relativistickým rychlostem a představují s takto získanou energií vážný problém, který zaměstnává vědce a technology prakticky všech současně provozovaných tokamaků.

Kromě experimentální a teoretické práce na těchto dvou stěžejních pracovištích se studenti věnují mj. problematice doplňování paliva metodou vstřelování speciálních palivových peletů do plazmatu na společném evropském tokamaku JET či studiu dějů v okrajovém plazmatu zaměřených na ITER. Zabývají se vývojem provozního scénáře na tokamaku Tore Supra ve Francii, interakcí Jupiterova magnetosférického plazmatu s jeho vlastním měsícem Io, interakcí laserového plazmatu s materiálem stěny komory prostřednictvím tvorby syntetických spekter pro simulaci laserem ozářené hliníkové fólie. Atraktivní je také studium procesů urychlování iontových svazků laserem pro hadronovou terapii v rámci projektu ELIMED na prestižním projektu Extreme Light Infrastructure v České republice.

Na základě povzbudivých výsledků studentů a zároveň rostoucího zájmu našich i zahraničních partnerů o vysoce kvalifikované odborníky jsme se rozhodli od tohoto akademického roku rozšířit nabídku výuky fúze i o doktorské studium, jehož akreditaci jsme získali v rámci oboru Jaderné inženýrství.


Ing. VOJTĚCH SVOBODA, CSc.

vojtech.svoboda@fjfi.cvut.cz

doc. RNDr. JAN MLYNÁŘ, Ph.D.

mlynar@ipp.cas.cz

foto: archiv pracoviště

Tokamak GOLEM

Tokamak GOLEM


Tokamak COMPASS

Tokamak COMPASS