Termonukleární fúze Edita Bromová.

Prezentace na téma: "Termonukleární fúze Edita Bromová."— Transkript prezentace:

1 Termonukleární fúze Edita Bromová

2 Proč potřebujeme fúzi Energie Spotřeba elektřiny roste
Zásoby fosilních paliv se zmenšují Zátěž životního prostředí Těžba uhlí, ropy a zemního plynu Emise, CO2, jaderný odpad Velké plochy fotovoltaiky a větrníků

3 Co je fúze Slučování jader atomů Nejznámější je slučování vodíku
Mohou to být libovolná lehká jádra

4 Proč fúze uvolňuje energii

5 Podmínky pro fúzi Jádra se musí přiblížit na vzdálenost 10-14 metru
Musí překonat odpudivé síly Vysoká teplota Zápalná teplota pro deuterium - tritiovou fúzi je Kelvinů

6 Plazma Jak vypadá velmi horká hmota Plně ionizovaný plyn
Směs elektronů a iontů Čtvrté skupenství hmoty Nabité částice vytváří při pohybu magnetické pole, které ovlivňuje pohyb jiných nabitých částic Velmi složité chování

7 Plazma

8 Plazma Výskyt ve Vesmíru 99% hmoty Vesmíru Na Zemi vzácné Oheň Blesky
Polární záře Slunce

9 Plazma Oheň

10 Plazma Blesky

11 Plazma Polární záře

12 Plazma Slunce

13 Plazma pro fúzi Fúze musí vydat více energie, než kolik spotřebovalo vytvoření plazmatu Lawsonovo kriterium Inerciální udržení Hustota 1031 m3 Doba udržení s Magnetické udržení Hustota 1020 m3 Doba udržení 1 s

14 Inerciální udržení Malá vodíková bomba
Lasery stlačí deuteriovou kuličku Kulička imploduje V centru se zažehne fúze 1mg paliva = 75 kg TNT

15 Inerciální udržení Palivo

16 Inerciální udržení Laser

17 Inerciální udržení Komprese paliva

18 Inerciální udržení Reakční komora

19 Inerciální udržení Akce!

20 Magnetické udržení Nabité částice sledují siločáry magnetického pole
Magnetická nádoba

21 Magnetické udržení Lineární zrcadlo
V silnějším magnetickém poli se dopředný pohyb částice zpomaluje Částice se odrazí Nelze udržet všechny částice

22 Magnetické udržení Torus
Uzavřeme siločáry do kruhu a částice neuniknou!

23 Magnetické udržení Torus
Uzavřeme siločáry do kruhu a částice neuniknou! Toroidální drift Poloidal Toroidal

24 Magnetické udržení Střižné pole
Zkroutíme magnetické siločáry jako ručník

25 Magnetické udržení Jak vyrobit střižné pole
Tokamak – kombinace cívek toroidálního pole a magnetického pole proudu tekoucího plazmatem Stelarátor – pouze speciálně tvarované cívky

26 Stelarátor Speciálně tvarované cívky drží sloupec plazmatu

27 Stelarátor Cívky

28 Stelarátor Komora

29 Tokamak Toroidalnaja Kamera i Magnitnyje Katuški Proud se budí jako sekundární vinutí transformátoru (pulsní zařízení)

30 Tokamak

31 Komora tokamaku

32 Tvorba plazmatu Evakuujeme komoru Napustíme pracovní plyn (vodík)
Přidáme trochu iontů Vybudíme proud v plazmatu Ionty se urychlují, sráží s částicemi a ionizují je Plyn klade odpor (jako každý vodič) a zahřívá se Jouleovým teplem

33 Plazma v tokamaku

34 Plazma v tokamaku

35 Ohřev plazmatu Jouleovo teplo nestačí (se vzrůstající teplotou klesá odpor plazmatu) Mikrovlny Neutrální svazky

36 Tvar plazmatu Limiter Divertor

37 Udržení plazmatu Smyčková nestabilita Stabilizace Zpětná vazba
Poloidální cívky

38 Kontinuální provoz Tokamak je pulzní
Elektrárna musí dodávat stálý výkon Přepólování transformátoru Vlečení proudu Přezkový proud

39 Doplňování paliva Vstřelování zmraženého vodíku

40 Deuterium a tritium Deuterium Tritium Obsaženo ve vodě (1:6000)
1 l vody = 300 l benzínu Tritium Radioaktivní (poločas rozpadu 12,3 let) Z lithia neutronovým záchytem přímo v reaktoru Plodivá obálka z lithia

41 Fúzní elektrárna Proč už ji dávno nestavíme?

42 Pár drobností k vyřešení
Diagnostika Supravodivé cívky Materiál první stěny Nestability plazmatu Řízení plazmatu

43 Diagnostika Co plazma vlastně dělá?
Základní: proud plazmatem, napětí, magnetické pole … Pasivní: kamery, bolometrie … Aktivní: sondy, interferometrie …

44 Supravodivé cívky Supravodivost nastává při -269°C
Cívky musí být co nejblíže plazmatu Nejteplejší a nejchladnější místo na Zemi jen kousek od sebe Materiály, chlazení, konstrukce cívek

45 První stěna Vnitřek komory tokamaku Vysoká tepelná zátěž
Nepohlcuje tritium Odolává neutronovým tokům IFMIF – irradiation facility

46 Nestability plazmatu Turbulence – ochlazování plazmatu
ELMs – riziko poškození komory, nutnost omezit energii v jednom výtrysku

47 Řízení plazmatu Zpětná vazba v reálném čase

48 ITER Další krok ve výzkumu fúze
International Thermonuclear Experimental Reactor Rozpočet 12,8 miliard EUR Stavba zahájena 2010 První plazma 2019 Fúze uvolní více energie, než bude třeba na zapálení reakce

49 ITER

50 DEMO První fúzní elektrárna 2040 Japonsko

51 Co můžete pro fúzi udělat vy
Staň se vědcem a odborníkem! Fyzika a technika termojaderné fúze (FTTF) - studium fúze na fjfi ČVUT Teorie, experiment, technika Uplatnění na výzkumných pracovištích v ČR i zahraničí

52 Golem Nejstarší funkční tokamak na světě Jediný dálkově ovládaný
R = 40 cm a = 10 cm I = 8 kA t = 15 ms Te = 80 eV

53 Golem

54 Děkuji za pozornost Pojďte se podívat na tokamak…

55 Fúze – k čemu to je? Bla bla Bal bla bla Bla bla blaaaa bla bla

56 Fúze – k čemu to je? Podnadpis čili dílčí téma Bla bla Bal bla bla
Bla bla blaaaa bla bla

57 Tokamak