Tokamak aneb Slunce na Zemi

1. Tokamak aneb Slunce na Zemi Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Jiří Mazurek, Ph.D.Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. Zdroj: 1

2. Jaderná fúze • Je zdrojem energie Slunce a hvězd. • Slučují se při ní lehká jádra (vodíku, deuteria, tritia, helia a lithia) na jádra těžších prvků, přitom se uvolňuje velké množství (vazebné) energie. • Tyto jaderné reakce probíhají ve hvězdách za obrovských tlaků a teplot. • Na Zemi se pokoušíme dosáhnout jaderné fúze v zařízeních zvaných TOKAMAK.

3. Jaderná fúze II • Nejperspektivnější reakcí se jeví slučování jader deuteria a tritia (viz. Czech Thermal Testing laboratory (CTTL). Páteční odbočení za sluníčkem, do tepla...[online]. 11. 3. 2010. [cit. 2010-07-30] . Dostupné na WWW: <http://www.cttl.cz/index.php?gid=10825>. Při této reakci se uvolňuje energie 17,6 MeV a neutron. Odpadem reakce je helium.

4. TOKAMAK • TOKAMAK je zkratka z ruského „toroidní komora v magnetických cívkách“ . • Je to vakuová komora ve tvaru prstence (toroidu). • K jaderné fúzi je zapotřebí teplot kolem 200 mil. K a vysokého tlaku (hustoty) plazmatu. • Žádný známý materiál nevydrží tak vysoké teploty, proto je plazma v tokamaku udržováno pomocí magnetického pole, které vytvářejí cívky po jeho obvodu. • Zatím se v tokamacích experimentuje s pulsy o délce desítek sekund a s výkonem do 20 MW.

5. Zdroj: 2

6. Zdroj: 3

7. Zdroj: 4 www.youtube.com/watch?v=g8BZyiggEAE

8. Termojaderná elektrárna • Palivem je deuterium a tritium. • Atomy deuteria jsou obsaženy ve vodě. • Tritium je možné vyrábět přímo v reaktoru. • Deuterium a tritium hoří v reaktorové komoře. • Uvolněná energie ve formě kinetické energie neutronů, alfa částic a záření je využita k další tvorbě tritia a k ohřátí plazmy. • V konvenčním parogenerátoru se mění tepelná energie z fúze na energii páry a následně v elektrickou energii. • Z jednoho gramu deuteria je možno vyrobit 300 GJ elektrické energie, celosvětovou roční spotřebu elektřiny by pokrylo pouhých 1000 tun deuteria (viz zdroj 1). • Místo stavby reaktoru ITER, Francie, Cadarache. Dostupné na WWW: http://www.iter.org.

9. Zdroj: 5

10. Schéma nejběžnějšího typu jaderné elektrárny s tlakovodním reaktorem: • 1. Reaktorová hala, uzavřená v nepropustném kontejnmentu. • 2. Chladicí věž. • 3. Tlakovodní reaktor. • 4. Řídící tyče. • 5. Kompenzátor objemu. • 6. Parogenerátor. V něm horká voda pod vysokým tlakem vyrábí páru v sekundárním okruhu. • 7. Aktivní zóna. • 8. Turbína - vysokotlaký a nízkotlaký stupeň. • 9. Elektrický generátor. • 10. Transformační stanice. • 11. Kondenzátor sekundárního okruhu. • 14. Přívod vzduchu do chladicí věže. • 15. Odvod teplého vzduchu a páry komínovým efektem. • 16. Oběhové čerpadlo primárního okruhu. • 17. Napájecí čerpadlo chladicího okruhu. • 18. Primární okruh (voda pouze kapalná pod vysokým tlakem). • 19. Sekundární okruh (červeně značena pára, modře voda). • 20. Oblaka vzniklá kondenzací vypařené chladicí vody. • 21. Oběhové čerpadlo sekundárního okruhu. Zdroj: 5

11. Výhled do budoucna • Projekt ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)v jihofrancouzském Cadarache. • Stavba reaktoru by měla být dokončena v roce 2018, ale kvůli astronomickým nákladům (15 mld eur) je projekt opožděn (viz zdroj 5). • Očekává se, že reaktor bude produkovat 500 MW energie (10krát více energie, než sám spotřebuje) v pulsech o délce až 1 000 s. Nebude však vyrábět elektřinu (viz zdroj 1). • Spuštění první funkční termonukleární elektrárny je plánováno na rok 2050.

12. Náměty k diskuzi Termojaderná energie představuje pro lidstvo potenciálně nevyčerpatelný a čistý zdroj energie. • Jaké výhody, nevýhody, rizika či nebezpečí to podle vás může znamenat? • Jaké to může mít důsledky pro energetiku, životní prostředí či životní styl lidí?

13. Další zdroje informací • Knihy: McCracken, Stott: Fúze, energie vesmíru. Mladá Fronta, 2006. Řípa a kol.: Termojaderná fúze pro každého. AV ČR, 2004. • Weby: http://www.iter.org http://server.ipp.cas.cz/~vwei/fusion/fusion_c.htm http://www.ipp.cas.cz/Tokamak/cz http://www.aldebaran.cz/bulletin/2003_39_itr.html

14. Literatura a zdroje 1. Sluneční koróna. Wikipedia. [online], [cit. 2010-07-30]. Dostupné na WWW: <http://en.wikipedia.org/wiki/File:171879main_LimbFlareJan12_lg.jpg>. 2. Pohled na korejský KSTAR Tokamak, nitřek Tokamaku. Wikipedia. [online], [cit. 2010-07-30]. Dostupné na WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:KSTAR_tokamak.jpg> 3. Pohled na nitřek Tokamaku. Wikipedia. [online], [cit. 2010-07-30]. Dostupné na WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Tcv_int.jpg>. 4. Plazma v reaktorové komoře Tore Supra Tokamaku, Francie. Youtube. [online], [cit. 2010-07-30]. Dostupné na WWW: <http://www.youtube.com/watch?v=g8BZyiggEAE>. 5. Schéma termonukleární elektrárny. Wikipedia. [online], [cit. 2010-07-30]. Dostupné na WWW: <http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Nuclear_power_plant-pressurized_water_reactor-PWR.png>.

15. Děkuji za pozornost Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Mgr. Jiří Mazurek, Ph.D.Dostupné z Metodického portálu www.rvp.cz, ISSN: 1802-4785, financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze. Zdroj: 1