Je možná kosmická budoucnost lidstva?  
Budeme mít dostatek energie?

 

 

„... A všechny tyto příběhy se vyprávěly ve snaze dát Marsu život, přivést ho k životu. Protože jsme stále ještě ti živočichové, kteří přežili dobu ledovou, vzhlíželi v úžasu k obloze a vyprávěli příběhy. A Mars nikdy nepřestal být tím, čím byl od prvopočátku – významným znamením, významným symbolem, významnou mocí.

A tak jsme přišli. Byl mocí – teď se stal domovem.“

Kim Stanley Robinson: Rudý Mars

 

 

„Cílem není stvořit další Zemi. Ne další Aljašku nebo Tibet, ne nějaký Vermont nebo Benátky, ba ani Antarktidu. Cílem je vytvořit něco nového a zvláštního, něco marťanského

Kim Stanley Robinson: Zelený Mars

 

 

V řadě studií, které se zabývají energetickou budoucností lidstva se často objevuje jeden omyl, který vede k značnému podcenění jaderné energetiky a tím i energetických a kosmických možností vývoje lidské civilizace. Například se objevuje i nedávných číslech časopisu Astropisu, kde se známý astronom Luboš Kohoutek zabýval i budoucností lidské civilizace a možností případné kolonizace našeho bližšího i vzdálenějšího vesmírného okolí. Výsledky jeho úvah tak vycházejí značně pesimisticky. Stejný omyl se vyskytuje poměrně často. Nedávno například i v příspěvku známého novináře Jiřího X. Doležala „Klaus a jádro“.  Chyba spočívá v tom, že uvažuje pouze klasické reaktory, které využívají jen izotop uranu s počtem nukleonů 235. Toho je v uranových rudách méně než jedno procento. Pokud se však začnou i v komerční jaderné energetice intenzivně využívat rychlé (množivé) reaktory, bude možno využít všechen zbývající uran a množství dostupného paliva se více než stonásobně zvýší. Takže často uváděný údaj o tom, že naleziště uranu vystačí při současné spotřebě 40 – 80 let, se tak týká pouze známých těžitelných zásob a pouze uranu 235 využitelného v klasických reaktorech. Uranu 238 je stokrát více a jeho zásoby by tak vystačily při současné spotřebě na tisíciletí. Podle mého názoru je vyřešení otázky dostatku energie tím kritickým pro rozvoj technické civilizace. Pokud by byl zajištěn dostatek energie, lze provádět velmi efektivní recyklaci surovin, ochranu životního prostředí a lze efektivně využívat zdroje surovin. Myslím, že právě jaderná energetika by mohla být jedním z těch hlavních zdrojů energie v následujícím období. Proto bych se pokusil o rozbor možností v této oblasti. Vím, že můj optimismus v oblasti možného kosmického vývoje lidstva a smyslu takové cesty je subjektivní a většina čtenářů je sdílet nemusí. Nemusí se nadchnout vizí rozšíření lidské civilizace na Mars, zobrazené například v SF románech Kim Stanleye Robinsona. Přesto si myslím, že i pro ně mohou být předložené informace zajímavé a snesou, aspoň občas, i pro Osla nestandardně dlouhý příspěvek. Navíc, když je to v době, kdy si připomínáme počátek kosmické éry.

 

Funkce všech typů jaderných reaktorů využívajících štěpení jader je založena na využití štěpení indukovaného pomocí záchytu neutronu. Protony i neutrony v jádře mají tendenci se párovat – vázat do dvojic. Následkem toho jsou izotopy se sudým počtem neutronů daleko stabilnější než ty s lichým. Díky tomu se při záchytu neutronu lichým izotopem uranu (uran má 92 protonů) a jeho přeměně na sudý izotop uvolní značné množství energie, které stačí k jeho rozštěpení. Při štěpení se kromě vzniku dvou jader uvolní ještě několik neutronů, které pak mohou být zachyceny jiným štěpným jádrem[1]. Celý proces se pak opakuje a důsledkem je vznik procesu, který se označuje jako štěpná řetězová reakce. Systém se štěpným materiálem může být uspořádán různým způsobem. Jestliže je v každé následující generaci větší počet neutronů, hovoříme o systému nadkritickém. V tomto případě dochází k velmi rychlému nárůstu počtu neutronů, počtu štěpení a uvolňované energie. Jde o proces, který se využívá v jaderné bombě. Abychom dostali systém, ve kterém by počet štěpení a množství uvolňované energie byly stabilní, musíme zajistit konstantní počet neutronů. Takové systémy se označují jako kritické a jsou jimi všechny typy používaných jaderných reaktorů. V případě, že v systému bude štěpením vznikat méně neutronů než jich bylo v předchozí generaci, mluvíme o podkritickém systému. Pokud chceme takový systém udržet v chodu, musíme dodávat neutrony z vnějšího zdroje.

 

 

Klasické reaktory

Klasický reaktor využívá toho, že pravděpodobnost záchytu neutronu s velmi malou energií jádrem uranu je více než o dva řády větší než pro záchyt neutronu s daleko vyšší energií vzniklého při štěpení. Proto je důležitou součástí tohoto reaktoru moderátor. Jde o materiál, který neutrony zpomalí, takže rozložení jejich rychlostí odpovídá pouze tepelnému pohybu neutronů. Nejvhodnější je materiál s nejlehčích atomů. Z prosté kinematiky srážky neutronů s jádrem takového atomu plyne, že při ní právě nejlehčím atomům předává neutron nejvíce kinetické energie a nejrychleji se zpomaluje. Zpomalené neutrony jsou zachycovány jádry uranu 235 a vzniká izotop uranu 236 s velkým přebytkem energie. Ten se  zhruba v 85 % případů štěpí a přibližně v 15 % se přebytku energie zbaví emisí fotonu záření gama. Vzhledem k velké pravděpodobnosti záchytu tepelných neutronů stačí i nepříliš vysoký podíl izotopu uranu 235. Přírodní uran se tak obohacuje na zastoupení uranu 235 v uranu zhruba  3 – 4 %. Také to znamená relativně nízkou hustotu neutronů v klasickém reaktoru. Ta potom nestačí k efektivní přeměně různých izotopů včetně uranu 238 záchytem neutronů.

 

     

Olkiluoto


 

Obr č.1) Ve finské jaderné elektrárně v Olkiluoto se jako třetí energetická jednotka buduje jeden z nejmodernějších klasických jaderných reaktorů s výkonem 1600 MW (zdroj společnost TVO).

 

Klasický reaktor tak musí obsahovat kromě obohaceného uranu jako paliva i moderátor. Velice často jím bývá voda. Kromě zpomalení neutronů musí reaktor plnit i tři další funkce. Většinou je zajišťují tři různé typy tyčí z materiálu, který pohlcuje neutrony. Hustotu neutronů je třeba průběžně dolaďovat a k tomuto okamžitému ovládání reaktoru slouží řídící tyče. V průběhu činnosti reaktoru postupně ubývá uran 235 a přibývají produkty štěpení, které mohou intenzivně neutrony pohlcovat. Zhoršuje se tak neutronová bilance reaktoru. Proto jsou v reaktoru kompenzační tyče, které jsou po zavezení reaktoru čerstvým palivem úplně zasunuty a intenzivně pohlcují neutrony. V průběhu činnosti se postupně vysouvají, aby neutrony pohlcovaly méně. Poslední tyče se nazývají havarijními a při vzniku krizové situace se automaticky (většinou gravitačním volným pádem) zasunou do reaktoru a intenzivním pohlcováním neutronů řetězovou štěpnou reakci zastaví. 

 

 

Přímo a potenciálně využitelné jaderné palivo: uran 235, uran 238 a thorium 232

Jako palivo jaderného reaktoru mohou sloužit štěpná jádra. V dostatečném množství se v zemské kůře vyskytují dva izotopy uranu – uran 235 a 238. Ještě hojněji je zastoupen izotop thoria 232. Thorium má 90 protonů. Jejich zastoupení v zemské kůře je do značné míry dáno jejich poločasem rozpadu. Poločas rozpadu uranu 235 je 0,7 miliard let, uranu 238 je 4,5 miliardy let a thoria 232 pak 14,0 miliard let. Současné uranové rudy mají izotopové složení uranu 0,72 % uranu 235 a 99,28 % uranu 238. Thorium se na Zemi vyskytuje zhruba třikrát častěji než uran a jeho energetický potenciál je tedy ještě vyšší.

 

V průběhu let se zastoupení jednotlivých izotopů mění. Před několika stovkami miliónů let bylo procentuální zastoupení uranu 235 v uranové rudě vyšší. To je důvod, proč mohly fungovat přírodní reaktory, jejichž existence byla poprvé zjištěna v roce 1972 v povrchovém dole na uran Oklo v Gabonu. Stáří příslušných hornin určené rubidio-stronciovou metodou je 1,74 miliard let. V té době obsahovala uranová ruda 3 % uranu 235, tedy zhruba tolik, kolik se používá v mírně obohaceném klasickém reaktoru. Jako moderátor sloužila voda, která v některých obdobích zalévala uranová ložiska. Reaktor tak běžel s přestávkami desítky až stovky tisíc let, vždy když zaplavení rud vodou vytvořilo potřebné podmínky. Jak bylo zmíněno, velkou pravděpodobnost štěpení po záchytu neutronu mají liché izotopy uranu a tak se štěpily a spotřebovávala pouze tato jádra. Přírodní reaktor tak byl objeven kvůli menšímu obsahu izotopu uranu 235. Konečný důkaz však poskytla přítomnost některých lehčích prvků vznikajících při štěpení, které by se tam jinak nemohly vyskytovat.

 

 

Oklo


 

Obr. č. 2)  Zbytky přírodního reaktoru v Oklo (Gabon).

 

 

Vidíme, že jediným štěpným izotopem, který má lichý počet neutronů a je vhodný  pro okamžité použití v reaktorech, je izotop uranu 235. Ostatní dva zmíněné izotopy uran 238 a thorium 232 se napřed musí záchytem neutronu přeměnit na jádro s lichým počtem neutronů. V případě izotopu uranu 238 vzniká uran 239 a pak po dvou přeměnách beta se změní na štěpné plutonium 239, z thoria 232 vzniká thorium 233 a po dvojici přeměn beta vznikne štěpný uran 233.

 

 

Rychlé (množivé) reaktory.

Rychlé reaktory využívají ke štěpení neutrony bez toho, aby je moderovaly. Jak jsme si už říkali, v tomto případě je pravděpodobnost záchytu a následného štěpení uranu 235 mnohem menší. Abychom dosáhli kritického stavu, musí být hustota neutronů a tím i počet štěpení mnohem větší. Proto musí být i větší podíl izotopu uranu 235. Rychlé reaktory tak potřebují obohacení nejméně 20 %. Větší počet štěpení vede i k efektivnější produkci energie ale i k nutnosti účinnějšího odvodu tepla z takového reaktoru. K chlazení se využívá většinou tekutý sodík nebo olovo. Tyto materiály navíc moderují neutrony daleko méně než třeba voda a nemění tak jejich energii. Díky vysoké hustotě neutronů rychlé reaktory velice efektivně přeměňují záchytem neutronu uran 238 na plutonium 239. Tento izotop plutonia lze využít místo uranu 235 jako palivo pro klasické i rychlé reaktory. Vhodnou konfigurací rychlého reaktoru lze docílit i takových podmínek, že reaktor produkuje více plutonia 239 z uranu 238 než spálí uranu 235 ( nebo plutonia 239). Hlavní část reprodukce paliva probíhá v obálce z přírodního nebo ochuzeného uranu kolem aktivní zóny a takové rychlé reaktory se označují jako množivé.

 

Existuje řada rychlých reaktorů. Jde o reaktory výzkumné nebo vyrábějící zbrojní plutonium. Velký počet je jich na atomových ponorkách a lodích. V tomto případě se využívá toho, že pro daný výkon mohou být rychlé reaktory daleko kompaktnější a menší než klasické. Ze stejných důvodů jsou tohoto typu i reaktory, které se používaly nebo plánují používat na kosmických sondách. Rychlých reaktorů, které by se daly označit jako energetické, je pouze několik. Jmenujme rychlý množivý reaktor Phénix s elektrickým výkonem  250 MW postavený v roce 1973 ve Francii. Činnost mnohem většího reaktoru Superphénix s výkonem 1200 MW, dokončeného v roce 1982, byla díky řadě problémů s chladícím systémem a hlavně z finančních důvodů v roce 1997 zastavena. Rychlý reaktor v japonském Monju má elektrický výkon 280 MW. Tyto reaktory jsou chlazeny tekutým sodíkem. A systém chlazení je také u nich nejčastějším zdrojem problémů a havárií. Kvůli jedné takové je reaktor v Monju v současnosti odstaven a jeho opětovné spuštění se chystá na rok 2008. Největším rychlým množivým reaktorem, který reálně funguje jako normální energetický reaktor zásobující elektrickou síť, je reaktor BN600 s elektrickým výkonem 600 MW v Bělojarské jaderné elektrárně v Rusku.

 

    

   

Monju


 

Obr. č. 3) Energetické rychlé množivé reaktory jsou například v Monju (Japonsko) a v Bělojarské elektrárně (Rusko).

 

To, že není více energetických rychlých reaktorů, je dáno hlavně tím, že díky své vyšší technologické náročnosti jsou oproti klasickým reaktorům i dražší. V současnosti je dostatek uranu 235 a palivo pro klasické reaktory je velmi levné. To se však v budoucnu změní a rychlé jaderné reaktory se tak stanou i ekonomicky atraktivní. 

 

 

Urychlovačem řízené transmutory

Další možností, jak efektivně využít veškerý dostupný štěpitelný materiál a snížit množství nebezpečného jaderného odpadu, je využití urychlovačem řízených transmutačních systémů. V tomto případě se jedná o podkritický systém. Jako vnější zdroj neutronů se využívá terč z těžkých atomů (olova, wolframu, uran, soli uranu...), který je ozařován svazkem protonů urychlených na rychlosti blízké rychlosti světla. V tříštivých reakcích protonů s těžkými jádry terče se produkuje velké množství neutronů. Terč je umístěn v nádobě podobné jadernému reaktoru, vyplněné transmutovaným a štěpným materiálem. Protože hlavním zdrojem neutronů jsou tříštivé reakce a ne štěpení, můžeme dosahovat daleko vyšší hustoty neutronového pole a daleko efektivněji přeměňovat prvky pomocí i mnohonásobného záchytu neutronů. Transurany se tak přeměňují na štěpná jádra. Záchytem neutronů se může i část radioaktivních produktů štěpení s dlouhou dobou života přeměnit na jádra stabilní nebo s dobou života dostatečně krátkou. Celý systém by se tak skládal z urychlovače protonů, terče a „jaderného reaktoru“. Velkou výhodou je, že takový systém je velmi málo citlivý na složení zpracovávaného paliva a odpadu, neboť jeho hlavní zdroj neutronů je nezávislý na štěpení. Systém by tak přeměňoval radioizotopy i produkoval pomocí štěpení energii. Část vyrobené elektrické energie by se používala na provoz urychlovače a část by se posílala do elektrické sítě. Takové systémy jsou zatím ve stádiu úvah a testů jednotlivých jejich komponent. Hlavními problémy jsou konstrukce vysoce spolehlivého a ekonomického urychlovače s dostatečně vysokou intenzitou svazku protonů, chlazení velmi intenzivně zahřívaného terče a průběžná separace radioizotopů. Z tohoto důvodu se uvažuje o tekutém terči z olova nebo solí uranu.

 

 

MEGAPIE
 

Obr. č. 4)  Testy terče MEGAPIE pro urychlovačem řízené transmutační systémy z tekuté slitiny olova a bismutu proběhly nedávno na urychlovači v PSI (Švýcarsko) (zdroj experiment MEGAPIE).

 

 

 

Jaderný odpad nebo zdroj energie?

Pokud máme na mysli jaderný odpad vznikající za provozu klasických reaktorů, je vhodnější používat název vyhořelé jaderné palivo. Jestliže se podíváme na jeho složení, zjistíme, že jeho hlavní část je uran,  kterého je 96 %. Jde o uran 238 a zbytkové množství ( ~ 1 % ) uranu 235. Dalšími složkami jsou transurany vzniklé z uranu záchytem neutronů, kterých je okolo ~ 1 % a štěpné produkty, které vznikají při štěpení uranu ( ~ 3 % ). Právě mezi transurany a produkty štěpení jsou radioizotopy s velmi dlouhou dobou života, které jsou jeho nejproblematičtější součástí. Je vidět, že 97 % vyhořelého paliva (uran a transurany) je energeticky využitelných v pokročilých jaderných systémech, kterými by mohly být vyspělé rychlé reaktory a urychlovačem řízené transmutory. Důležitou součástí takového systému je i separace různých radioizotopů ať už za účelem dalšího využití, dalšího přepracování nebo konečného uložení. Ovšem tato separace se bude dít uvnitř příslušného zařízení a v konečném důsledku by měla zajistit využití veškerého energetického potenciálu jaderného paliva. Pokročilé systémy také nebudou potřebovat separaci čistého plutonia a značně omezí přepravu štěpných materiálů ve formě použitelné pro výrobu jaderné bomby. Značně se tak omezí riziko jejich zneužití.

 

Teoreticky by bylo sice asi možné přeměnit i všechny dlouhodobě radioaktivní štěpné produkty, ovšem z praktických a ekonomických důvodů nějaký radioaktivní odpad zůstane. Jeho objem však bude o několik řádů nižší.[2] Spolu s odpadem, který vzniká v neenergetických jaderných aplikacích, jej bude třeba dlouhodobě ukládat. Vzhledem k malému objemu by to však nemělo představovat vážný problém, neboť by pak byl potřebný jen velmi omezený počet konečných úložišť. Takové úložiště se už začalo připravovat ve Finsku. Pro úložiště ONKALO byla vybrána lokalita Olkiluoto, kde v roce 2004 začaly konstrukční práce. Do roku 2010 bude budována ta část tunelů a celého zařízení, která umožní podrobné testy stability hornin a celého podzemí v této oblasti a v letech 2010 až 2020 by mělo být celé konečné úložiště dobudováno. Patří tak k zařízením v nejpokročilejším stadiu. Ve většině dalších případů není zatím vybrána ani konečná lokalita. Což však neznamená žádný problém, neboť vyhořelé palivo musí být několik desítek let v přechodném úložišti a s největší pravděpodobností se navíc spíše využije jako palivo v pokročilejších systémech.

 

 

 

Využití jaderné energie ze štěpení technickou civilizací

Jaderný štěpný materiál má význam pouze pro energetické využití, jeho vypotřebování pro tyto účely nepředstavuje ztrátu kvality našeho prostředí a nedá se na rozdíl od ropy nebo uhlí předpokládat jeho lepší využití v budoucnu.

 

Největší prioritou je dlouhodobě stabilní jaderná energetika pro Čínu a Indii. Mohla by být ekologickým řešením jejich obrovských energetických potřeb daných velkým počtem obyvatel.  Indii navíc chybí jiné zdroje energie, jako je uhlí či nafta. Nemá ani větší zásoby uranu. Má však jedny z největších zásob thoria. Proto se velice angažuje ve vývoji rychlých reaktorů a urychlovačem řízených transmutorů. Stejné snahy projevuje i Austrálie, která má obrovské zásoby uranu a thoria. Ta má malou hustotu obyvatelstva a energetickou nouzí netrpí. Atraktivní by, vzhledem k současnému nedostatku vody v této zemi, bylo v případě přebytku produkce energie odsolování mořské vody. Ještě důležitější však je, že by se thorium mohlo stát velice dobrým australským vývozním artiklem. 

 

Dnešní renesance jaderné energetiky a výstavba nových klasických reaktorů se postupně přelévají i do Evropy a Spojených států. Souvisí to i s hledáním možnosti jak snížit produkci skleníkových plynů. V relativně blízké budoucnosti si její rozvoj vyžádá průmyslové využití rychlých reaktorů. Důraz na zavedení rychlých reaktorů do energetické praxe je vidět i z toho, že z šesti typů reaktorů, na kterých se pracuje v rámci mezinárodního programu vývoje reaktorů čtvrté generace, jsou čtyři rychlé. Ekonomické, spolehlivé a bezpečné reaktory čtvrté generace by měly jít do provozu někdy okolo roku 2030. Je třeba zdůraznit, že fungující rychlé reaktory umíme stavět už teď, pracuje se však na typech, které budou ještě efektivnější, bezpečnější a hlavně ekonomičtější.

 

Zavedení pokročilých systémů schopných využívat uran 238 a thorium není možno příliš dlouho odkládat. Problém by totiž mohl nastat v případě, když by se podařilo spotřebovat uran 235 v klasických reaktorech bez toho, že by byla zajištěna dostatečná zásoba plutonia 239 nebo uranu 233 pro stabilní provoz jaderné energetiky založené na kombinaci klasických reaktorů a množivých reaktorů nebo urychlovačem řízených jaderných transmutorů.

 

Nejen podle mého názoru je jaderná energie právě tím zdrojem, který by mohl umožnit vyrovnání ekonomické a životní úrovně různých oblastí Země bez devastace životního prostředí a vytvořit tak podmínky pro stabilní a trvale udržitelný rozvoj lidské civilizace.

 

  
 

Ústav jaderné fyziky

Obr. č 5)   Studie potřebné pro budoucí urychlovačem řízené transmutační systémy se provádějí i v Ústavu jaderné fyziky AVČR. Nalevo je náš cyklotron, na kterém je postaven neutronový zdroj, který umožňuje studovat interakce neutronů s vyššími energiemi. Napravo je náš PhD student u sestavy složené z olověného terče a obálky z přírodního uranu, kterou s našimi zahraničními kolegy ozařujeme protony s velmi vysokou energií na Nuklotronu v SÚJV Dubna.

 

 

 

Závěr

 „Přestože technika funguje, stalo se módou na techniku žehrat, pohrdat jí, pokládat ji za škodlivou, a o tom se dnes píší scifi knihy – o škodlivosti techniky. ... Myslím, že kdyby Jules Verne dnes vstal z mrtvých, že by asi z téhle nálady byl zoufalý a že kdyby ho požádali, aby napsal něco pěkného, tak by asi zase napsal něco technologicky optimistického a nebyl by pochopen. Byl by vypískán.“

 

O. Neff: beseda z cyklu Třetí dimenze, Vesmír 2/2007

 

Než se pustím do polemiky s pesimistickými závěry Luboše Kohoutka a dalších o budoucích možnostech lidské civilizace, chtěl bych zdůraznit, že i podle mého názoru bude ještě velmi dlouho Země pro lidstvo jediným domovem a ochrana životního prostředí vhodného pro člověka musí být nejvyšší prioritou. Zdroje energie by měly být co nejvíce diverzifikovány. Důraz by měl být kladen na jejich efektivitu, návratnost, ekologický charakter i na energetické úspory. A to na základě reálného posouzení všech dopadů. Aby se například neprosazovalo masové nasazení biomasy, i když může být efektivní jen někde a někdy a často vede ke zhoršení přístupů k potravinám i ničení lesů a pralesů v některých částech světa. Podle mého názoru, právě ekologické požadavky preferují jadernou energetiku jako hlavní zdroj energie, přinejmenším v tomto století. V předchozích částech jsem se snažil ukázat, že v případě průmyslového využití rychlých reaktorů nebo jiných pokročilých systémů umožňujících využívat 238U, 232Th a transurany, které se vyskytují ve vyhořelém jaderném palivu, jsou zajištěny dostatečné zásoby surovin pro produkci energie z jádra na tisíciletí. Využití pokročilých systémů navíc řádově omezí produkci radioaktivního odpadu. V horizontu jednoho století bude nejspíše také možné tuto energii alespoň zčásti nahradit termojadernými systémy.

 

    Jak už bylo řečeno v úvodu, je dostatek energie pro rozvoj lidské civilizace klíčový. Lze se díky němu vypořádat i s otázkou nedostatku surovin. U nich většinou není problém v tom, že by nebyly vůbec. Velká část zásob se však vyskytuje ve velmi málo koncentrované podobě a jejich získávání je energeticky náročné. Pokud však lidstvo bude mít dostatek energie, nepředstavovalo by to vážný problém. Navíc, pokud se tento prostředek podaří využít ke zlepšení životní, sociální a technologické úrovně obyvatelstva rozvojových zemí, zvýší se mnohonásobně nejen vzdělanostní potenciál lidské civilizace ale i její technologické a ekonomické možnosti. V takovém případě by pak mohlo být dostatek zdrojů i na kosmické dobrodružství lidstva.

 

 

Zvětšit obrázek
V budoucnu by lidé na Marsu nemuseli být jen v dílech autorů vědecké fantastiky (obrázek našeho předního výtvarníka vědecké fantastiky Teodora Rotrekla).

   Pro cestování a zásobování energií v rámci Sluneční soustavy jsou jaderné zdroje na bázi štěpení dostatečné. Umožnily by v budoucnu energetické zabezpečení pro vytvoření a udržení jednak stálé základny na Měsíci ale i na Marsu. Luboš Kohoutek připouští, že i v současnosti by to mělo být technologicky proveditelné. Já souhlasím, že v nejbližší budoucnosti se jedná o finančně velmi náročné projekty a je třeba k jejich realizaci přistupovat velmi zodpovědně. V delším časovém horizontu, a teď hovořím o staletích, bych ovšem nevylučoval ani možnost osídlení Marsu. Nebude to pochopitelně tak brzo, jak nastiňuje Kim Stanley Robinson ve své sci-fi epopeji o terafikaci Marsu, ze které jsem si vybral citáty na úvod. Jaderná energetika by však mohla být jedním z nástrojů, které to umožní provést. Uran a thorium se totiž vyskytují v dostatečném množství i na dalších tělesech Sluneční soustavy a jinde ve vesmíru.

 

Pokud se jedná o kosmické lety k nejbližším hvězdám, je pro jejich uskutečnění nejspíše nutné realizovat termojaderný nebo anihilační pohon. Výroba antihmoty je energeticky velmi náročná, potřebný dostatek energie by však jaderné elektrárny mohly poskytnout. Pochopitelně, že takový projekt není s největší pravděpodobností otázkou tohoto století. Potřebný stimul pro to, aby se do něj lidstvo pustilo, by mohl být právě objev blízké exoplanety podobné Zemi. Ještě lépe pak s ozónem prokazujícím existenci rostlinstva na ní. Pokud se takové planety naleznou ve vzdálenosti do pár desítek světelných let, nemuselo by rozšíření lidstva do blízkého vesmírného okolí být ani tak náročné, jako byla svého času pouť našich dávných předků z africké kolébky do všech koutů Evropy a Asie nebo osidlování Polynésie. Nemuselo by trvat ani tak dlouho. Pokud se podaří překonat veškerá úskalí politického a sociálního rozvoje lidské společnosti, tak technologické možnosti by měly být dostatečné k tomu, aby bylo možné inteligenci v dlouhodobém horizontu ve vesmíru rozšířit. A podle mého by to byl velice smysluplný cíl pro řadu generací.

 

Podrobný rozbor minulosti, současnosti i možné budoucnosti jaderných zdrojů ve vesmíru, ať už radioizotopových nebo založených na štěpení, termojaderné fúzi nebo anihilaci jsem napsal pro časopis Kozmos. Pro ty, kteří mě budou považovat za nemístného optimistu, bych si dovolil připomenout jen jednu skutečnost. S mladším synem teď čteme romány Julese Verna. Od smrti tohoto zakladatele vědecké fantastiky uplynulo jen o pár let více než pouhé jedno staletí. Každý sám může posoudit jak hodně se změnily znalosti a technologické možnosti lidstva za tuto v kontextu lidských dějin relativně krátkou dobu a jak se mohou změnit během staletí následujících.  Na základě tohoto srovnání se dovolím i v dnešní době přihlásit k Vernově technologicky optimistické vizi budoucnosti lidstva a zároveň se považovat za realistu.

 

Stránky autora: www: hp.ujf.cas.cz/~wagner/

 


[1]  Slovem štěpný se označují snadno štěpitelná jádra, která se mohou účastnit štěpné reakce, a materiál, který je obsahuje.

[2]  Pro názornou představu lze uvést, že vyhořelé palivo za dvacet let činnosti jaderné elektrárny Dukovany by se vešlo do krychle o rozměru 4 m. Pokud bychom je následně použily v pokročilých jaderných systémech vlezl by se zbývající odpad do krychle o hraně 1,4 m.

Autor: Vladimír Wagner
Datum: 10.10.2007 12:37
Tisk článku

Fyzika pro gymnázia - Bednařík Milan, Široká Miroslava, Svoboda Emanuel
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 166 Kč
cena: 157 Kč
Fyzika pro gymnázia
Bednařík Milan, Široká Miroslava, Svoboda Emanuel

Diskuze:

Jeste doplnim k nahrade ropy

x,2008-02-24 02:12:18

Jak se s oblibou uvadi a nedostaku ropy - tak rad vsechny neznale ubezpecim, ze ta slavna ROPA je jen smes uhlovodiku - tedy jen uhliku a vodiku chemicky vzajemne vazanych na sebe.
Vodik bude z vody za pomoci vyrobene elektriny(s vyhodou vyuziti elektriny hlavne v noci, kdyz neni o ni zajem z jadernych elektren) a uhlik je ve vsem zivem - tedy s vyhodou v one bioamase coz jsou rotliny pestovane pro tento ucel - ty lze snadno zmenit v uhlik a zbytek se jiz postaraji zrucni chemici.
Dnes se to vyrabi z ropy proto, ze to je proste nejlevnjsi a auta bou jezdit zrejme na vodik primo.

Pro vyrobu hnojiv neni zapotrebi zemni plyn jak se s oblybou uvadi, ale jen prave vodik ziskany jeho rozkladem a ten umime pri dostaku elektriny z vody snadno vyrobit.

Odpovědět

Ona navic ta soucasna URANOVA je jen docasna

x,2008-02-24 01:56:55

Z nejvetsi pravdepodobnosti se v budoucnou podari termojaderna fuze atomu vodiku na helium pri za ekonomicky prijatelnych podminek a az toto bude zrejme konecna cesta - radiaktivita helia je nebezpecna podle dnesncih informaci tak do 100 let - coz neni problem uskladnit - bude ho totiz vznikat pomerne malo.

Odpovědět

Paráda

Igor,2008-02-04 23:23:37

Vďaka za super články. Nedokážem sa od nich odtrhnúť :-)

Odpovědět

Taky v tom vidim nadměrný optimismus

Eles,2007-12-15 10:20:43

co se týká té kolonizace vesmíru. Možná to na popíře vypadá jednoduše, možná můžeme srovnávat dobu před 100lety a dnes. Jenže...před skoro 40 lety sice byl člověk na Měsíci, ale co od té doby? Skoro nic. S velkými problémy udržuje jednu miniaturní stanici na oběžné dráze. Období překotného technického rozvoje je dávno pryč, alespoň co se realizace týká. Dnes už se o všem jenom mluví, ale peníze se neuvolní. A let na exoplanetu vzdálenou třeba 50 světelných let? To je možné jen teoreticky. Praktické obtíže - zrychlení, energie, radiace, náhrada gravitace, čas a komunikace se Zemí, kyslík atd. Taková mise by nemohla být pro 20 lidí, ale muselo by jít o projekt minimálně pro 2tisíce nebo spíš 20tisíc lidí. Město v pohybu, dobře stíněné. Než by to lidstvo dokázalo, je stokrát větší pravděpodobnost, že se vyhladí.

Odpovědět


Zrejme sonda poveze jen oplodnena lidska vajicka

x,2008-02-24 02:24:44

To je dost pravde podobna moznost - dnes neni komonautika tak popularni, nebot vyzkum MARSU jen pro dost lidi zcela zbytecnou zalezitosti - ale moznost zalozit dalsi civilizaci by mohla byt precejen urcitym impulzem pro dlouhodobe snazeni.

Odpovědět

Chtělo by to trochu ubrat plyn!

bojar,2007-11-29 22:44:06

Až na ty vize kolonizace vesmíru, držme se radši při zemi!

Odpovědět

Skvelé

barbar,2007-11-10 13:26:20

Važený pán Wágner,dakujem za výborný článok.

Odpovědět

pohadky

JirkaH,2007-10-18 14:47:17

Pekny napsany clanek. Skoda jen, ze o vyuziti vyhoreleho jaderneho paliva se mluvi dobrych 15-20 let zatim houno houno. To uz radeji tu fuzi.

Odpovědět


Přepracování vyhořelého paliva se už běžně využívá

Vladimír Wagner,2007-10-19 07:15:06

Částečně se dá přepracované vyhořelé palivo využít i v klasických reaktorech. Je několik přepracovacích závodů a v některých reaktorech (musí se vzít v potaz jeho složení) se využívá. Pro znalejší připomenu zkratku MOX. To, že není využíváno masověji, je dáno dvěma důvody. "Čerstvý uran" je stále hrozně laciný a přepracované palivo vyjde dráž. Pro přepracování se musí vyhořelé palivo různě převážet, separovat. Přepracování probíhá v jiném místě než následné využití tohoto paliva. Z obav před zvýšením možností ukradení radioaktivního materiálu a prevence proti terorismu (fungoval při tom i první ekonomický důvod) si Američané využití vyhořelého paliva zákonem zakázali. Teď se uvažuje o změně tohoto zákonu. Hlavní důvody nepříliš velkého využití vyhořelého paliva jsou však uvedeny v článku - zatím se běžně neprovozují energetícké rychlé množivé reaktory.

Odpovědět


nekdo mluvi nekdo kona

Michal,2007-10-20 21:38:12

no rusove nemluvi ale uz 20 let vyhorele palivo dal spaluji v rychlem raktoru typu BN-800, o tom ze americani ze zakazuji prepracovani paliva z rizika kradeze ci terorismu velmi pochybuji. Zakon byl prijat v 70.letech, to jeste zadna fobie z terorismu nebyla, pokud verite na terorismum verte dal, ja neverim, hlavnim duvodem proc bylo prepracovani zakazano byl tlak ropne a uhelne lobby, kdo pak asi financuje predvolebni kampane zejmena republikanske strany, vyjma zbrojarskych firem.Ale jinak skvely clanek

Odpovědět


BN800->BN600

MIChal,2007-10-20 21:40:14

samozrejme 20 let se odpad spaluje v BN-600 v Belojarskee elektrarne, BN 800 se zacalo stavet, pak se zakonzervovalo a ma se dostavet, ze pry se rysuje i BN-1800,pokud mate nekdo info o BN-1800 posktynete pls.

Odpovědět

Bezbřehý optimismus...

Honza,2007-10-12 17:34:26

Pěkný, ale příliš optimistický článek. To, že na něco stačíme technologicky (možná) ještě neznamená, že se to taky prosadí.
Víte že letos to bude 35 let, co poslední člověk poskakoval po Měsíci? Že poslední Concorde před čtyřmi lety zavřeli do muzea. Pro moje děti už to budou legendy na hranici fantastična.
Možná to stejně dopadne s jadernou energetikou. Možná si někdo bude jednou polepovat střechu organickou fotovoltaickou fólií za pár šupů a vzpomene si přitom na legendy o množivých reaktorech ...
:-)

Odpovědět


No,

hogofogo,2007-10-12 21:29:32

já bych spíše viděl jako bezbřehý optimismus to polepování střechy fotovoltaickými články. Ale kdo ví, ekonomiku dnes dělají především politici a jejich vize jsou opravdu krátkozraké.
Ale článek to je opravdu kvalitní a ukazuje cestu jak ven z globální energetické krize s čitým štítem vůči životnímu prostředí. V průběhu této "jaderné" cesty by se pak mohlo dostat i na ty fotovoltaické články na střechách nejen pro pár vyvolených.

Odpovědět


re: no

JirkaH,2007-10-18 14:53:48

Polepovani strech fotovoltaikou bude spise nutnost. Pro ignoranty, kteri maji plnou pusu priorativnich poznamek k zelenym, podotykam, ze jde o zdroje energie pro soukromou spotrebu, doplnovane nejakym horkym zdrojem. Napr. atom.

Odpovědět


pro JirkaH

hogofogo,2007-10-19 14:35:52

No, tak si zkuste třeba polepovat střechy v N.Y. nebo podobném městě a pak pochopíte jak naivní jsou tyto ůvahy, gró celého problému je v tom, že nikdo nezpochybňuje tyto technologie jako alternativní zdroje pro drobnou spotřebu, ale jako technologii neschopnou zajistit dostatek energie pro rozvoj technické společnosti, tak jak ji známe nebo lépe budujeme dnes. Faktem bohužel zůstává skutečnost, že bychom museli FV články polepit celou planetu včetně ploch oceánů abychom dokázali zajistit energetickou dostatečnost na úrovni US občanů pro všechny obyvatele planety Země, a to je jen malý krůček k dosažení jakési "životní" úrovně i těch zaostalých oblastí a to nerozvíjím myšlenku dalšího technického - technologického pokroku v již rozvinutých oblastech. Zelení by se měli probrat ze svého snu o ideální ideologii a měli by se naučit podporovat to co skutečně životnímu prostředí pomáhá. Víte u zelených je to téměř stejné jako u rudých, jejich idee jsou krásné a spravedlivé, ale jejich prosazování je diskriminační a diktátorské.

Odpovědět


Zvyseni vykonu v pri snizeni ceny solarnich clan.

x,2008-02-24 02:02:41

Je velky predpoklad zvyseni ucinnosti solarnich clanku z dnesich 15% na podstane vetsi hodnotu - dopad slunce na 1 m2 je zhruha 1000 W - ty dnesni maji vykon kolem 100W z m2 pri slunecnim dni -a pri soucasnem snizeni jejich ceny. A pouste jsou na zemi docela velke a moznost transportu vyrobeneho vodiku elektrickou energii z vody a to bud potrubim ci tankerem jako dnes zemni plyn je zcela realne.

Odpovědět

super článek

HaHa,2007-10-12 13:44:15

článek je napsán opravdu slušně a čtivě. Sice se nezmiňuje o tom že i jaderná energitika po sobě zanechává v životním prostředí docela citelnou stopu, přesto je to stále "nejzelenější" energie co v tuto chvíli člověk dokáže vyrobit.

Odpovědět

nestastna formulace a preklep

JD,2007-10-11 15:42:10

Clanku davam za 1* ale opravte si tam jeden vyznamove podstany preklep: "Současné uranové rudy obsahují 0,72 % uranu 235 a 99,28 % uranu 235." Rekl bych ze ten druhy uran neni 235 ale 238. A navic to vypada jako by ruda byla pouze z uranu. Lepsi by bylo: "Současné uranové rudy uran v pomeru 0,72 % U235 a 99,28 % U238."

Odpovědět


Děkuji za upozornění

Vladimír Wagner,2007-10-11 18:35:50

Máte plnou pravdu. Děkuji moc za upozornění. Poprosil jsem redakci o opravu. Jsem moc rád, že se článek líbil. Děkuji všem za vyjádření. Velice mě potěšila.

Odpovědět

Výborný článek, děkuji!

Pavel Brož,2007-10-11 10:07:43

Vaše články mají vysokou erudovanost a proto si je vždy rád přečtu.

Odpovědět

Hezky clanek

Luke,2007-10-11 08:31:27

Presne vystihuje me nazory, se kterymi jsem se jiz nejednou pohadal s nekterymi zelenymi aktivisty. Jaderna energetika je jediny vykonny a cisty zdroj energie, ktery lidstvo ma at se to nekomu libi nebo ne.

Odpovědět

Zajímavá úvaha:

Al,2007-10-11 08:17:44

Myslím, že tohle je velmi pozoruhodné:
"Navíc, pokud se tento prostředek podaří využít ke zlepšení životní, sociální a technologické úrovně obyvatelstva rozvojových zemí, zvýší se mnohonásobně nejen vzdělanostní potenciál lidské civilizace ale i její technologické a ekonomické možnosti. "

Myslím, že v zaslepenosti si neuvědomujeme ten obrovský civilizační potenciál zemí jako Indie, Čína, který může přispět k technickému pokroku celé lidské civilizace...

Odpovědět

Díky za pěkný článek!

Al,2007-10-11 08:15:09

Díky za pěkný článek!
Ještě poznámku - myslím, že nemusíte tak zdůtazňovat vaše "nadšení" a technický optimizmus ... Práve naopak! Vždyť to je zcela přijatelná "protiváha" k fanatickému nadšení a entuziasmu k "záchraně planety"...

Odpovědět

Díky

roninW,2007-10-11 00:00:13

Díky, snad to pochopí i jiní ,...rádobyzelení

Odpovědět

..dik za clanek...

os,2007-10-10 22:07:27

...velice pekne popsano, jiste se na techto vecech tise pracuje, za zeleneho pokriku....

Odpovědět

1

Oskar Elek,2007-10-10 21:38:03

Velmi pekny clanok, je vidno, ze autor sa nad tym, co pisal, aj predtym poriadne zamyslel a nie sa iba skryval za svoje vzdelanie, ako to mnoho ludi oblubuje. Nieco podobne som tu na Oslovi videl snad len od Pavla Broze (Temna Hmota Vesmiru; Suprapevnost - stav hmoty z rise fantazie). Diky, ocakavam viac takych ;)

Odpovědět

vyborne

mikjs,2007-10-10 20:42:58

presny clanek

PS:Ale co na to rakusaci (nejen u nas nekdy zvitezi politika nad rozumem)

Odpovědět

WOW!!!!

Franta Vrata,2007-10-10 20:42:19

Takhle dobry clanek jsem na Oslu (ani jinde)uz dlouho necetl,dekuji autorovi a prosim o co nejcastejsi deleni se o Vas prehled a moudrost!I jako naprosty neznalek v oboru jsem (myslim)dokazal porozumet celemu clanku a pochopit kam se tyto energeticke technologie ubiraji.

Odpovědět

Děkuji za pěkný článek

Dwarf,2007-10-10 20:41:34

A hodnotím za jedna.

Odpovědět

Připojuji se

Ladislav,2007-10-10 19:12:05

Vynikající a fundovaný článek,vyčerpávající dané téma takřka učebnicovým způsobem. Jen houšť a větší kapky.
BRAVO!!! pane Wagnere.

Odpovědět

Dekuji

Standa17,2007-10-10 18:01:54

Dekuji za vyborny clanek. Mam naprosto stejne nazory, az jsem jednu chvili myslel, jestli to nepsalo me druhe ja, ale myslim, ze neumi tak dobre psat ;-)

Odpovědět


Také se přidávám.

Ccecil,2007-10-10 19:03:52

Výborný článek.

Odpovědět


Skvelé

Jozef,2007-10-11 18:48:00

Ďakujem za výborný článok

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni