Modulární stelarátor Wendelstein 7-X (kredit IPP Maxe Plancka)

Stelarátor je typ magnetického fúzního zařízení, který udržuje horké plazma v toroidální nádobě pomocí šroubovicového magnetického pole. Na rozdíl od tokamaků nepoužívá proud tekoucí plazmatem a umožňuje časově neomezený stabilní provoz. Jednou z hlavních překážek vývoje stelarátorů byla od počátku konstrukční složitost magnetických cívek, které mají za úkol vytvářet helikální (šroubovicové) magnetické pole. Moderní stelarátory jako je Wendelstein 7-X (W7-X) používají trojrozměrné modulární cívky velmi komplikovaného tvaru s vysokými nároky na přesnost.

Klasický stelarátor (kredit V. Kindl)

Společnost Thea Energy navrhla koncept stelarátoru, který se technicky výrazně liší od moderních stelarátorů a zjednodušuje magnetické cívky. Vychází z klasického stelarátoru, který využíval planární cívky toroidálního pole a sestavu trojrozměrných šroubovicových cívek.

Podstatou konceptu Thea Energy je nahrazení trojrozměrných šroubovicových cívek soustavou malých planárních tvarovacích cívek rozmístěných po povrchu toroidu. Tyto cívky jsou geometricky jednoduché a jejich výroba je ve srovnání s trojrozměrnými cívkami snadná. Helikální magnetické pole stelarátoru vznikne kombinací magnetického pole několika stovek tvarovacích cívek a silného toroidálního pole. Jde o první stelarátor využívající jen planární cívky.

Stelarátor Eos (kredit Thea Energy)

Konfigurace magnetického pole není pevně dána mechanickou geometrií cívek, nýbrž vzniká jako výsledek softwarově řízeného rozdělení proudů mezi stovky samostatně buzených malých cívek. To vytváří vysokou flexibilitu při konfigurování pole. Software přitom umožní dynamické řízení stelarátoru a optimalizaci magnetické konfigurace během provozu. Softwarová konfigurace také sníží nároky na geometrickou přesnost provedení a osazení cívek, stejně jako na přesnost tvaru celé konstrukce stelarátoru. Tím se výrazně sníží náklady na výstavbu reaktoru a zvýší se jeho spolehlivost.

Pro výrobu magnetických cívek budou použity vysokoteplotní supravodiče, podobně jako v tokamaku SPARC. Budou generovat vysoké magnetické pole až 20 T a sníží provozní náklady na chlazení cívek. Vysoký počet jednoduchých identických malých cívek umožní jejich efektivní sériovou výrobu a servis.

Planární tvarovací cívky Eos (kredit Thea Energy)

Sestava tvarovací cívky (kredit Thea Energy)

Pro prokázání funkčnosti navrženého konceptu společnost zahájila přípravu demonstračního stelarátoru Eos, který prokáže funkčnost konceptu a potenciál pro splnění Lawsonova kritéria vědeckého vyrovnání. Eos bude mít za cíl ověřit fyzikální i inženýrské aspekty planární magnetické architektury a měl by demonstrovat dlouhodobý stabilní provoz stelarátoru. Rovněž bude sloužit k optimalizaci řízení magnetického pole v reálném čase, ověření provozu supravodivých cívek při vysokých magnetických polích a k analýze tepelného namáhání komponent vystavených plazmatu. Sestava planárních cívek toroidálního pole a několika stovek tvarovacích planárních cívek bude vytvářet helikální magnetické pole až 16 T s řádově vyšší přesností, než moderní stelarátory jako je W7-X. Eos by měl být zprovozněn do roku 2030.

Na základě získaných zkušeností s demonstrátorem společnost plánuje postavit komerční plnohodnotnou elektrárnu Helios. Podle současných plánů bude mít reaktor Helios průměr 16 m, magnetické pole dosáhne 20 T a elektrický výkon dosáhne 400 MW. Projekt předpokládá nepřetržitý provoz reaktoru, integraci účinného divertorového systému pro odvod tepla z okrajové oblasti plazmatu a dostatečný prostor pro blanket vyrábějící tritium. Společnost plánuje elektrárnu zprovoznit do roku 2040.

Bez ohledu na nereálné termíny zprovoznění demonstrátoru i elektrárny uváděné firmou, je navržený koncept významným krokem směrem k fúzním elektrárnám. Pokud prokáže svoji funkčnost, vyřeší problémy současných stelarátorů i tokamaků a bude nejvhodnějším fúzním reaktorem pro fúzní elektrárny.

Redakce si dovolila připojit video:

Soukromé koncepty fúzních reaktorů [Fyz. čtvrtek]