1 / 32

Termojaderná fúze

Termojaderná fúze. V rámci projektu „Fyzikou a chemií k technice“ vytvořil prezentaci za GKS Marek Kovář (kovar.ma@seznam.cz). Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci GNU (www.gnu.org). Úvod. Nový zdroj energie? Plazma Termojaderná fúze Kde vzít palivo? Lawsonovo kritérium

dawn
Download Presentation

Termojaderná fúze

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Termojaderná fúze V rámci projektu „Fyzikou a chemií k technice“ vytvořil prezentaci za GKS Marek Kovář (kovar.ma@seznam.cz). Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci GNU (www.gnu.org).

  2. Úvod • Nový zdroj energie? • Plazma • Termojaderná fúze • Kde vzít palivo? • Lawsonovo kritérium • Inerciální udržení • Magnetické udržení • Stelarátor • Tokamak • JET • ITER • Fúzní ČR

  3. Nový zdroj energie? Ekonomika EU závisí na energii • ropa na 45 let • zemní plyn na 60 let • uhlí na 300 let Svět hledá výrobu energie - bez nebezpečného odpadu - snadno získatelné suroviny - nevyčerpatelné zdroje Ekonomika EU závisí na energii • Uran 235 (klasické štěpné reaktory) na 30 let • Uran 238 a Thorium 232 (množivé reaktory) na 30 000 let • Lithium (D+T fúzní reaktory) • v zemi na 30 000 let • v oceánech na 30 000 000 let

  4. Plazma Při zahřívání látky se z původně elektricky neutrálního prostředí stane směs elektricky nabitých částic.

  5. Slunce a hvězdy Slunce a ostatní hvězdy čerpají energii ze slučovacích jaderných reakcí. Při reakcích se vodík mění na helium a těžší prvky. Teploty v centru hvězd dosahují až desítek milionů stupňů.

  6. Termojaderná fúze

  7. Termojaderná fúze

  8. Kde vzít palivo? DEUTERIUM 2H - Neradioaktivní izotop vodíku - Lze získat z vody (v 1m³ H2O 35g 2D) TRITIUM 3D - Radioaktivní izotop vodíku - Volně na Zemi není - Lze ho vyrobit z lithia

  9. Podmínky pro fúzi Pro slučování jader je potřeba velká energie tedy teplota urychlit částice v urychlovači 1 eV ≈11 600°C

  10. „Cockcroft-Walton machine“ Cavendish Laboratory, Cambridge 1932 E. Rutherford E.T.S.Walton J.D.Cockcroft Urychlovače Poprvé v roce 1934 zkusili tito pánové fúzní reakci na principu D+D

  11. Studená fúze Elektrolyticky katalyzovaná fúze 1886 Graham - objev atomární difuze v atomu vodíku 1989 Dr. B.Stanley Pons a Dr. Martin Fleischmann na Univerzitě v Utahu oznámili, že experiment s tzv. studenou fúzí se povedl. Za „pokojové teploty“ s použitím elektrod z palladia a platiny ponořených do těžké vody uvolnili teplo a vedlejší produkty. Buňka studené fúze u amerického námořního prostoru a námořní války centrum systémů, San Diego, CA (2005)

  12. Lawsonovo kritérium Pro syntézu 2D s 3T při teplotě iontů Ti≈ 0,5 * 108°C platí: Kritérium publikoval v tajném dokumentu v roce 1955 a v roce 1957 již oficiálně ve vědeckém časopisu J.D.Lawson

  13. Světelné svazky laseru míří na terčík termojaderného paliva Inerciální udržení Ohřátí 1 mg D-T směsi na 30 keV → fúzní výkon 340 MJ ≈ výbuch 75kg TNT ρ = 200 g*cm-3 Laser OMEGA, Rochester, USA 60 TW, 0,5–3 ns, 40 svazků

  14. Lasery Rayleigh-Taylorova nestabilita - Zkoumáno v letech 1883 - 1950 - Při urychlování hustšího prostředí do řidšího dochází ke zvětšování styčné plochy (fraktální struktura) D-T kapsle (≈ 2mm) G.I.Taylor Lord Rayleigh

  15. Magnetické udržení Magnetická zrcadla (USA) nebo pasti (SSSR) GOL-3-II v novosibirském Budkerově Ústavu jaderné fyziky - Otevřená magnetická nádoba - Na koncích zhuštění siločar - Nabité částice se odráží (ne vždy!)

  16. Pinče - slučování jader ve vláknu tzv. z-pinč - vláknem prochází proud → silné magnetické pole Smyčková nestabilita Pole stlačuje plazma k ose na potřebnou hustotu a teplotu. Z-machine, Sandia, USA

  17. Stelarátory Chyběl účinný počáteční ohřev Joulovým teplem => problém s ohřevem plazmatu NSTX PPPL, USA 1999

  18. Tokamak TOroidalnaja KAmera i MAgnitnyje Katuski (na základě úvah seržanta Rudé armády O.L.Lavrentěva z roku 1926) 1957A.D.Sacharov a I.E.Tamm 1968 potvrzení výzkumu západními vědci → rozvoj výzkumu

  19. Tokamak – ohřev plazmatu Tři metody vnějšího ohřevu 1) Absorpce elektromagnetického vlnění 2) Nástřel neutrálních atomů vodíku s E až stonásobku teploty plazmatu 3) Ohmický

  20. Tokamak - komora Limiter a divertor → odvod nečistot, zplodin termojaderné reakce a nespáleného paliva Model divertoru

  21. JET Joint European Torus - v anglickém Culthamu poblíž Oxfordu - stavba 1973 - 1983 - 1991 – D-T směs ≈ 1,7 MW při teplotě paliva 200 000 000°C - 1997 – výkon 16 MW

  22. JET

  23. ITER = cesta (latinsky) - parametry – objem plazmatu 837 m3 - proud plazmatu 15 MA - výkon 500 MW - očekává se větší výkon než příkon a možná i hoření termojaderné reakce - lokalita: nedaleko jihofrancouzského Cadarache

  24. ITER

  25. ITER – rozmístění budov

  26. CASTOR 1977 – předání tokamaku z Kurčatova ústavu v Moskvě AV ČSR Ústavu fyziky plazmatu v Praze 2000 – otevření laserového sytému PALS 2005 – AV ČR ÚFP přijímá nabídku na převzetí tokamaku Compass-D

  27. COMPASS-D • Podzim2004 – COMPASS-D oficiálně nabídnoutUKAEA do ÚFP AV ČR • Červenec 2005 – přijato rozhodnuti o re-instalaci tokamaku COMPASS-D v ÚFP, podána žádost o podporu vlády ČR. • Záři 2005 – začátek příprav návrhu pro preferenční podporu EURATOMu • Říjen 2005 – usneseni vlády ČR o podpoře přesunu COMPASS-D • Červenec 2006 – EURATOM udělil preferenční podporu projektu

  28. DEMO = „demonstrační projekt“ - dostavení za 30 – 35 let - tritiová soběstačnost a výroba elektřiny ve velkém měřítku - směr k první fúzní elektrárně !!!

  29. Schéma termojaderné elektrárny

  30. Reference • Přednášky během evropské výstavy FusionExpo 2007 v Praze na FJFI • Termojaderná syntéza pro každého (M. Řípa, J. Mlynář, V. Weinzettl, F. Žáček) • Propagační materiály EFDA (European Fusion Development Agreement) • Výzkum fúze – Volba energie pro budoucnost, EURATOM • server.ipp.cas.cz/~vwei/index_c.html • www.ipp.cas.cz/tokamak/cz • jet.efda.org • iter.org • www.efda.org

More Related