54.81.73.2 US
 

FIZIČAR ZA INDEX Hrvatska od zemlje betona i konobara postaje zemlja fuzije

Piše: Nenad Jarić Dauenhauer
utorak, 7.2.2017. 16:25
Smanji veličinu slova Tekst Povećaj veličinu slova

FOTO: EUROfusion, Index

NA INSTITUTU Ruđer Bošković (IRB) u ponedjeljak je počeo trodnevni sastanak Skupine za dizajn i konfiguraciju uređaja IFMIF-DONES. Skup se odigrava u sklopu jednog od najvećih projekata današnjice, projekta EUROfusion, koji upravlja svim europskim istraživanjima u području fuzije kojem je cilj izgradnja prvog međunarodnog termonuklearnog eksperimentalnog reaktora (ITER) te razvoj tehnologija za izgradnju prve demonstracijske fuzijske nuklearne elektrane (DEMO) koja bi poslužila kao model za komercijalne elektrane.

Naime, ITER bi trebao potvrditi izvodivost fuzije kao gotovo neiscrpnog izvora čiste energije te omogućiti razvoj tehnologija za izgradnju komercijalnih fuzijskih elektrana. Znanja stečena u sklopu ITER-a omogućit će projektiranje uređaja sljedeće faze, demonstracijske fuzijske nuklearne elektrane DEMO.

Budući da će materijali u elektrani DEMO, kao i na ITER-u, biti izloženi vrlo jakom neutronskom zračenju, trebat će ispitati njihovu otpornost kako bi se izabrali optimalni. Naime, za proces fuzije neophodno je stvoriti uvjete slične onima koji vladaju na zvijezdama gdje se prirodno i odvijaju – goleme tlakove i temperature.

Ključni uređaj za testiranje materijala jest IFMIF-DONES tj. međunarodni uređaj za ozračivanje fuzijskih materijala za DEMO.

Upravo u DONES-u, drugom po značaju uređaju u velikom međunarodnom projektu, odmah nakon ITER-a, Hrvatska igra važnu ulogu. Osim što će za njega razvijati ključne tehnologije, ona je i jedan od tri kandidata za njegov smještaj u Europi.

Cijena gradnje DONES-a trenutno se procjenjuje na više od 550 milijuna eura. Oko trećinu trebala bi dati EU, više od trećine zemlja domaćin, ali iz strukturnih fondova EU, a trećinu Japan i drugi veliki partneri u ITER-u.

Za sudjelovanje IRB-a u ovom dijelu fuzijskog programa Europske unije značajna je suradnja s hrvatskom industrijom. U tome IRB ima potporu svog industrijskog partnera INETEC -Instituta za nuklearnu tehnologiju d.o.o., koji za DONES razvija tehnologiju remonta dijelova akceleratora DONES u ekstremnim uvjetima, odnosno daljinski upravljane robote. No u budućnosti DONES bi mogao postati golemi istraživački centar sa stotinama znanstvenika koji bi radili na razvoju raznih tehnologija, kako za potrebe fuzije, tako i medicine i industrije uopće.

Skup u Zagrebu vode prof. dr. sc. Angel Ibarra iz španjolskog CIEMAT-a, inače voditelj radnog paketa WPENS EUROfusiona i dr. sc. Tonči Tadić, koordinator Hrvatske fuzijske istraživačke jedinice (CRU).

Tadić je u razgovoru za Index vrlo detaljno pojasnio što je projekt DONES, što on znači za Hrvatsku već sada, u kojoj je fazi trenutno, koji su rokovi izgradnje i rada te što od njega možemo očekivati u budućnosti. Iako podug, razgovor vam prenosimo u cijelosti jer je prava poslastica za sve ljubitelje znanosti.


Presudna igra Japana i EU

U kojoj se fazi trenutno nalazi projekt DONES i što se očekuje u dogledno vrijeme?

Kako će se razvijati stvari oko DONES-a ovisit će o odnosima zemalja u EU te o odnosima između EU i Japana. Prema nekim procjenama projekt bi mogao vrijediti oko 550 milijuna eura, međutim, točan iznos za sada nije moguće znati. Procjena vrijednosti uređaja DEMO Oriented Neutron Source (DONES) temelji se na procjenama uređaja koji Japanci još uvijek nisu izgradili. Nisu ga zapravo ni počeli graditi, a vjerojatno ni neće u narednih pet do šest godina. Naime, još uvijek nije potpisan ugovor o suradnji između EU i Japana kojim bi se definirale uloge EU, Japana i zemlje domaćina u projektu DONES. Japan bi kod sebe trebao graditi International Fusion Material Irradiation Facility (IFMIF), međunarodni uređaj za ozračivanje materijala. U tom slučaju EU bi dala akcelerator, a Japan ostatak uređaja, dakle litijsku metu i cijeli odjel za testiranje uzoraka nakon ozračivanja. Međutim, izgradnja uređaja u Japanu kasni, pa je EU odlučila kod sebe napraviti jedan takav uređaj pri čemu bi zemlja domaćin dala teren i veliki dio prateće opreme, dakle rashladne tornjeve, zgrade, uklopna postrojenja, ceste, dalekovode i bunker u kojem bi se uređaj nalazio. EU bi dala akcelerator, a Japan litijsku metu. To, naravno, pretpostavlja da bi Japan trebao biti spreman dati litijsku metu za uređaj koji će se nalaziti izvan Japana. No za sada još ništa nije potpisano.

Drugi bitan problem je to što je u vrijeme kada je Hrvatska podnosila kandidaturu, prije dvije godine, cijela stvar bila zamišljena tako da će jedna od tri zemlje kandidatkinje, Hrvatska, Španjolska ili Poljska, biti dobar domaćin, a da će EU s Japanom graditi uređaj. No sada, radi kašnjenja ITER-a, zbog sve većeg tereta koji Fusion For Energy ima s dovršavanjem ITER-a, te sve većeg tereta konstrukcije i rizika kašnjenja DONES-a, odnosno rasta troškova, EU teret želi više prebaciti na zemlju domaćina, što je za nas neprihvatljivo. Dok se ne raščiste odnosi i načini financiranja između EU i Japana, vrlo je teško reći kako će se stvar na kraju rasplesti.


Svijet će se dijeliti na zemlje s tehnologijom za fuziju i one bez nje

Zašto je ovaj projekt važan za Hrvatsku i što su naše vlasti poduzele u vezi s time?


Ja sam osobno kao koordinator hrvatskog fuzijskog programa i kao član Upravnog odbora agencije Fuzija za energiju posjetio postrojenja u Japanu i iznenadio se kada sam vidio da ondje nema ničega. Ondje se nalazi samo jedan hangar u kojem je smješten ionski izvor IFMIF-a, a još uvijek nije napravljen prvi stupanj akceleracije LIPAC. A ako LIPAC ne proradi, onda je i cijeli DONES besmislen. Akcelerator koji će imati DONES je jedinstven. Takvi akceleratori goleme snage predstavljaju veliku novost. Oni su prije 20-ak godina bili naprosto nezamislivi. Način kontroliranja ionskog snopa vrlo velikog intenziteta, vrlo velike gustoće struje u njima je jako poseban i provodi se pomoću radiofrekventnog kvadrupola F (RFQ). Do sada je isproban samo jedan takav kvadrupol u SAD-u, ali s nižom strujom od ove na kojoj bi trebao raditi DONES. Problem je u tome što se uređaj može doslovce rastaliti od struje iona koja kroz njega prolazi, jer je udar snopa na kraju uređaja snage pet megavata. Dođe li do prekida toka tekućeg slapa litija u koji udara snop iona, snop će u milisekundi izbušiti rupu u čeličnom zidu. To su snopovi iona izuzetno velike snage. Njihova kontrola je ono po čemu je DONES izuzetan – njegova litijska meta, tok neutrona i robotika, to je sve izuzetno. Tu je uključen cijeli niz tehnologija za 21. stoljeće i bila bi najveća vrijednost kada bismo mi taj projekt imali u Hrvatskoj.

Kada se kroz 20 godina bude gradila nuklearna elektrana DEMO, zemlje u svijetu dijelit će se na dvije skupine – na one koje imaju fuzijsku tehnologiju i one koje je nemaju. Imati DONES značilo bi biti u ekskluzivnom krugu. To je bio motiv „Ruđera“ i MZOS-a da se Hrvatska kandidira za njegov smještaj. Kandidaturu su svojevremeno podnijeli doministar MZOS-a Roko Andričević i ministar Vedran Mornar. U prošloj je Vladi Božo Petrov kao potpredsjednik Vlade uputio pismo članovima Europske komisije da je Hrvatska jako zainteresirana za DONES. Dakle, vlade su sa svoje strane napravile što su mogle. Sada je na EU i Japanu da se dogovore. Prije svega treba odlučiti hoće li uređaj biti u Japanu ili u EU ili će pak biti dva uređaja. Po meni, ako se bude kasnilo još deset godina, trebat će nam možda i tri uređaja. A onda na kraju, ako će biti u EU gdje će biti, u kojoj od tri zemlje-kandidata?


Mogući centar za razvoj znanosti i tehnologija

Koji je značaj ovog skupa? Ima li DONES i neke šire potencijale?


Današnji sastanak tiče se redefiniranja cijelog DONES-a u smislu sagledavanja do čega smo došli u pogledu robotike i održavanja najkritičnijih dijelova, u pogledu konstrukcije litijske mete, te u smislu promjena u eksperimentalnom prostoru jer su sve zemlje kandidatkinje inzistirale da DONES ne bude samo tvornica za ozračivanje uzoraka već i istraživački centar. Dakle, ideja je da se u DONES-u, kad se već ima veliki tok fuzijskih neutrona, što je doista rijetkost, postavi cijeli niz drugih uređaja koji bi se zahvaljujući njemu mogli testirati. U DONES-u bi se mogla urediti posebna prostorija za druge znanstvene, medicinske i industrijske aplikacije, kao što je primjerice industrijska tomografija, za proizvodnju izotopa za medicinske proizvode i sl. Naime, kada već imate toliko jaki tok fuzijskih neutrona velike energije, grehota je ne iskoristiti ga za još nešto. Mi smo svi čvrsto inzistirali na tome, i mi i Španjolci i Poljaci.

Prednost modela DONES je u tome što ima snop neutrona usmjeren prema naprijed. Na litijskoj meti snop deuterija oslobađa se od protona, pretvara se u snop neutrona i produžava dalje i udara u uzorak unutar ukopanog betonskog bunkera sa stjenkom od 5 metara. Zračenje koje ide prema natrag je vrlo malo. Pritom je najvažnije naglasiti da je to akcelerator, a ne reaktor. Kada se snop jednom ugasi, zračenja više nema. Sva istraživanja mogu se raditi kao u fuzijskom reaktoru, međutim, kada se ugasi, više nema zračenja ni opasnosti.


Dakle, mi smo inzistirali na tome da DONES postane pravi istraživački centar. Pedesetak ljudi moglo bi se baviti istraživanjem fuzijskih materijala, pa zatim još toliko ostalim aspektima fuzijske tehnologije, pa još toliko istraživanjem aplikacije neutrona u drugim područjima kao što su medicina ili fizika. Tako se može dobiti istraživački centar s nekoliko stotina ljudi koji će raditi na jedinstvenom uređaju.


DONES kraj Zagreba, uzlet od betona i machiatta

Kakve su naše šanse i gdje bi mogao stići DONES?


Stvari su se trenutno malo zakomplicirale. Također ne treba zaboraviti jaku lobističku mašineriju koja stoji iza svega. Poljska ima Donalda Tuska koji je na čelu Europskog vijeća. Španjolska je dobro pozicionirana u Fusion For Energy. Dakle, obje zemlje se pozicioniraju i lobiraju na svim razinama EU. Poljska je uz to najveći doprinos dala kroz organiziranje znanstvenog simpozija o komplementarnim istraživanjima. Španjolska sama može proizvesti 70 posto akceleratora i tehnološki je jako spremna za taj posao.

Hrvatska je pak zanimljiva kao nova članica koja također mora nešto dobiti jer ne može sve biti koncentrirano u onima koje su već uključene. Osim toga mi smo zemljopisno zanimljiviji jer smo svima blizu. U Hrvatskoj je kao lokacija, zbog blizine, posebno zanimljiva okolica Zagreba. No ipak u cijeloj priči sve najviše ovisi o odnosima Japana i EU. Pritom treba znati da je Japan već dobio IFMIF kao kompenzaciju za to što nije dobio ITER.

U slučaju da DONES dođe u Hrvatsku, moguća lokacija njegovog smještaja bilo bi šire područje Zagreba. Za odabir je važno nekoliko čimbenika – dobra nosivost terena; nepostojanje podzemnih voda na dubini do 25 metara, što podrazumijeva neko blago brdo; vrlo niska potresna akceleracija i niska vjerojatnost potresa, što bi vjerojatno isključilo Medvednicu; vrlo visoka gustoća dalekovoda, jer će DONES-u trebati 90 megavata kada bude radio; zatim blizina iskusne vatrogasne postrojbe, za što su naši pripremljeni kroz rat i blizina neke zračne luke.

Prošle dvije vlade napravile su puno da taj projekt dođe u Hrvatsku. No gdje god da on bude, Hrvatska će biti uključena. Već i sama činjenica da je Hrvatska kandidat za gradnju DONES-a potpuno je promijenila percepciju Hrvatske unutar Euratoma. Na svakom sastanku o fuziji i sastanku u Euratomu, svi kalkuliraju s mogućnošću da će DONES biti građen u Hrvatskoj. Činjenica da je neka zemlja službeno podnijela pismo kojim je pokazala interes da se bavi fuzijskom tehnologijom te da je potvrdila da ima sposobnosti za to, da ima firme i institute koji to razumiju i da želi biti dio te tehnološki vrlo napredne priče, već sada potpuno mijenja percepciju Hrvatske kao zemlje u kojoj su vrhunac gospodarstva armirani beton i dupli macchiato.

Rokovi i kašnjenja


Koliko kasne razni dijelovi projekta?


Zbog raznih odgoda, novi rok za stvaranje prve plazme u ITER-u je 2026. godina. No u ovom projektu nema puno smisla govoriti o kašnjenju projekta. To bi imalo smisla kada bi se mogao precizno definirati rok dovršenja. A kako njega definirati ako nije do kraja jasan dizajn uređaja, ni način izrade određenih komponenti, a s njima nisu jasni ni rokovi izrade komponenti. To što se netko htio dodvoriti političarima pa je ispalio rok dovršenja do 2020., ne znači ništa. Konačno, cijena izgradnje ITER-a bit će vjerojatno veća od onih 13 milijardi eura s kojima se ušlo u početnu procjenu. Ljudi su skloni smatrati da će uređaj koštati onoliko koliko im je novaca trenutno na raspolaganju. Međutim, stvarna cijena uređaja zna se tek kad on proradi.

Ako se u 2017. donese odluka o smještaju DONES-a, do 2020. trebalo bi biti okončano uređenje terena i sve prateće infrastrukture za njegovu gradnju. Od tog trenutka, prema japanskim standardima, trebat će minimalno osam godina da se DONES dovrši. Dakle, prvi snop DONES-a može se očekivati najranije 2028. ITER bi trebao biti dovršen 2026. DONES bi trebao potom raditi narednih 25 godina. Nakon toga donijet će se odluka hoće li se ići u njegov remont i dograditi još jedan akcelerator kako bi nastavio s radom do kraja stoljeća, ili će se obaviti njegova dekomisija. To će trajati desecima godina jer će trebati čekati da padne razina zračenja nekih njegovih dijelova. Konstrukcija fuzijske elektrane DEMO trebala bi početi 2035. Mi ćemo do tada svi biti u mirovini, međutim, to su ipak bliski rokovi u odnosu na uvriježenu priču o vječnom odlaganju koja prati fuziju od njezinih početaka.


Hrvatska već ima važan dio kolača


U slučaju da nam ne dođe DONES, što će nam ostati?

Bez obzira hoće li Hrvatska dobiti DONES ili neće, strategiju dekomisije, odnosno rastavljanja DONES-a, gdje god on bio, radit će „Ruđer“ sa svojim hrvatskim industrijskim partnerima. Zaštitu od zračenja zaposlenika, radit će „Ruđer“, ma gdje bio DONES. Robotiku za remont najosjetljivjih dijelova u svim kritičnim područjima i svu prateću opremu, radit će „Ruđer“ sa svojim industrijskim partnerom, hrvatskom high-tech tvrtkom INETEC. Dakle, mi smo iskočili u tri važna područja gdje god da se DONES nalazio. Mi sudjelujemo u nizu važnih tema koje su važne za DONES. Posebno napominjem kako je Hrvatska udruga poslodavaca još prije godinu dana uputila pismo upravi Fusion for Energy kako su hrvatske firme spremne sagraditi doslovno svu prateću opremu na DONES-u, osim akceleratora i litijske mete, no akcelerator i za DONES u EU i za IFMIF u Japanu ionako grade iste specijalizirane firme, a litijsku metu ionako rade Japanci. Poljaci i Španjolci to dobro znaju, a zna i Fusion for Energy. Stoga, sastanak nije bez razloga upriličen na Ruđeru.

Kako funkcionira i koja je uloga DONES-a?

Možete li pojasniti ključne dijelove principa rada DONES-a?

ITER će imati fuzijsku plazmu, međutim, on neće stvarati energiju. On će raditi u kratkim intervalima od po pola sata. Stoga će se u njemu događati mala oštećenja materijala uzrokovana zračenjem, manja nego u nuklearki Krško. No, prava komercijalna fuzijska nuklearka mora raditi mjesecima bez prekida s teškim uvjetima zračenja. Zbog toga je potreban DONES, da se u njemu testiraju materijali koji će trebati za buduću fuzijsku elektranu. Takvi materijali mogu se testirati u fuzijskim uvjetima samo na dva načina. Jedan je da imate DONES s vrlo jakim tokom fuzijskih neutrona u točki gdje se nalazi uzorak kojeg tretirate zračenjem, a drugi da imate fuzijske 'Dual Beamove' kakav je naš kojeg dovršavamo na Ruđeru. To će biti jedan od četiri europska fuzijska Dual Beama koji pomoću dva snopa iona, koji istodobno tuku na uzorak, simulira udar fuzijskih neutrona. Drugi Dual Beam se nalazi kod Dresdena, treći kod Pariza, a četvrti kod Manchestera. Japan ih međutim ima čak šest!

U uređaju DONES jedan od najvažnijih mehanizama je litijska meta. Japan je već napravio taj mehanizam u kojem se tekući litij koristi za pretvaranje snopa deuterija u usmjereni snop neutrona važnih za fuziju. U Europi to još nitko nije uspio. Mehanizam s litijem ključan je jer bi se svaki drugi materijal pod udarom snažnog snopa deuterija jednostavno rastalio. U njemu postoji cijeli slap litija širine 20 cm i debljine 2 cm koji sa sobom odnosi toplinu, pada 20 metara niže u spremnik u kojem se hladi, da bi se potom ponovno dizao gore. No ključna stvar u toj priči je akcelerator s radiofrekvetnim kvadrupolom i supravodljivim linearnim akceleratorom koji sabijaju i ubrzavaju snop iona izuzetno velike gustoće struje, dosad nezamislive! Da bi bio koncentriran, snop mora biti dovoljno ubrzan kako bi u njemu djelovala Lorenzova sila koja će ione zbijati prema unutra. Naime, ako je gustoća ionskog snopa velika, a ioni su spori, snop će se dalje širiti zbog međusobnog odbijanja čestica istih naboja. Ako s takvim snopom velike gustoće uđete u kvadrupol, vi ćete ga doslovno rastaliti. Stoga treba imati jako dobar injektor te jako dobar radiofrekventni kvadrupol koji ubrzava i fokusira snop. Konačno tako sabijen i ubrzan snop ulazi u akcelerator. Taj dio akceleratora je najkritičniji. Na njemu radi EU, dok litijsku metu radi Japan. Japan stoga čeka da LINAC proradi.


Dva modela reaktora: Tokamak vs stelarator

Gdje je u toj priči Wendelstein 7-x, model reaktora koji razvija Njemačka?

Prošle godine dosta se pisalo o tome kako je Njemačka uspješno provela prva testiranja svojeg modela fuzijskog reaktora tzv. stelaratora koji funkcionira po drugačijem principu od tokamaka, reaktora koji će se koristiti u ITER-u. Mada se stelarator može doživjeti kao model koji je konkurencija tokamaku, u biti se oba razvijaju paralelno u sklopu EUROfusiona.

Stelarator ima određene prednosti u odnosu na tokamak i obratno. Primjerice, stelarator ima dobra rješenja za duže održavanje fuzijske plazme, jer konfiguracija magneta omogućava da se plazma sama mućka i uvrće, dakle ne treba inducirati struju u plazmi, pa proces može teći praktično beskonačno. No stelarator ima i svoje nedostatke. Prije svega on za sada, zbog vrlo kompleksne strukture, nema dovoljno prostora za postavljanje modula za proizvodnju goriva za fuziju - tricija. Također, zbog vrlo složenog dizajna, njegov je remont užasno kompliciran. Konačno, on trenutno još uvijek nema dovoljnu zapreminu za dobivanje postojane fuzijske reakcije. Za usporedbu, ITER će imati zapreminu 800 kubnih metara, dok stelarator ima samo 80. U njemačkom stelaratoru Wendelstein 7-x stoga se ne može dobivati energija. Naravno, to ne znači da nije moguće izgraditi veći stelarator s većom zapreminom. Wendelstein 7-x je tek eksperimentalni bolid za testiranje načela rada mogućih komercijalnih stelaratora.

 

Komentari
Komentari na forumu objavljuju se u realnom vremenu i Index.hr ne može se smatrati odgovornim za izrečeno. Zabranjeno je vrijeđanje, psovanje i klevetanje. Upisi s takvim sadržajem bit će izbrisani, a njihovi autori prijavljeni nadležnim službama.
Vezano
Vijesti  |  Tagovi
Najpopularnije
Danas  |  Jučer  |  Tjedan
Najnovije