Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

RNDr. Vladimír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "RNDr. Vladimír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme."— Transkript prezentace:

1 RNDr. Vladimír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme termojaderný reaktor? Projekt ITER Přednosti a úskalí

2 Co je fúze Li 6 + nHe 4 + T + 4,8 MeV, Li 7 + nHe 4 + T + n – 2,47 Mev D + T He 4 (3,52 MeV) + n (14,06 MeV) D + He 3 He 4 (3,67 MeV) + p (14,67 MeV) D + D T (1,01 MeV) + p (3,03 MeV) He 3 (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) 1 eV = K, 1keV = 11,6 milionů K

3 Fúzní reaktor Urychlovače - Měření účinných průřezů fúzních reakcí. Urychlovač jako fúzní reaktor? Nevhodné! Většina energie se spotřebuje na coulombovské srážky. Neúspěšné Mionová fúze Elektrolyticky katalyzovaná fúze – studená fúze Termojaderný reaktor Plazma v reaktoru (n, T) P zt = 3nkT /  – ztráty zářením a částicemi P f - energie ze syntézy Výměník a generátor s účinností  P oh – energie pro ohřev částic Z podmínky nulového zisku energie (Q =výkon/příkonem = 1) obdržíme Lawsonovo kriterium: n  > C kr (T), C kr,d-t (2 × 10 8 K) = 5 × s/m 3

4 První vodíková bomba „MIKE“ Jak splnit Lawsonovo kriterium? n  > 5×10 19 s/m 3 1. extrémní případ: inerciální systémy Hustota zmraženého deuteria = 5×10 28 m -3  > s Pro dosažení Lawsonova kriteria je třeba terčík stlačit 10 4 x. K tomu je nutná energie laseru 1 MJ. Laserový systém Gekko XII v Osace

5 výstřel, 4 svazky 360 TW, 5-15ns, 192 svazků (kolem roku 2008) Cena ~ 2 mld. USD Laser NIF LLNL, USA

6 2. Opačný extrém – velmi dlouhá doba udržení ~ sekundy, t. zv. kvazistacionární udržení. 2. Opačný extrém – velmi dlouhá doba udržení ~ sekundy, t. zv. kvazistacionární udržení. Tomu odpovídá poměrně řídké plazma. (Počet molekul ideálního plynu za normálních podmínek je 2,7×10 25 m -3.) Takové plazma lze izolovat od stěn pouze magnetickým polem. Takové plazma lze izolovat od stěn pouze magnetickým polem. Pohyb nabité částice v magnetickém poli  =  qB/m  = mv/qB

7 Termojaderná elektrárna

8 TOKAMAK toroidalnaja kamera s magnitnymi katuškami Systém vytvořený v Ústavu atomové energie v Moskvě A.Sacharov, I.Tamm

9 1955 TMP – torus s magnetickým polem a keramickou vakuovou nádobou 1968 T-3, SSSR °C 70. léta vše se přestavuje na tokamaky 1975 T-10, SSSR 1978 PLT Princeton, USA °C 1978 T-7, SSSR supravodivé vinutí 1983 JET, Culham, Anglie 1MA 1987 Mezinárodní spolupráce na projektu ITER 1991 JET Poprvé použita směs D-T, 2 MW, 0.2 s 1992 TFTR, Princeton, USA 6.1 MW, 0.2s 1994 TFTR 10 MW, 1s 1997 JET 16.1 MW, 2s, Q= Dokončen projekt ITER-FDR (6 mld. USD, 1.5 GW, Q=  ) 2001 Dokončen projekt ITER-FEAT (3 mld.USD, 500 MW, Q>10) 2003 Tore Supra, Cadarache, Francie 6 min 21 s, 1 GJ Z historie tokamaku

10 Modifikace tokamaku Průřez D Divertor Ohřev plazmatu Ohmický ohřev Vysokofrekvenční ohřevy Ohřev neutrálními svazky Neindukční generace proudu

11 ASDEX – Garching, SRN R = 1,6 m a = 0,5x0,8 m I = 2 MA Dodatečný ohřev 27 MW

12 TFTR – Princeton Plasma Physics Laboratory 1993 D–T plasma (89 % D, 11 % T) N = m –3, T i = 510 mil. K, P D-T = 10,7 MW R = 2,5 m a = 0,85 m B = 6,0 T I = 3,0 MA P NS = 39,5 MW P ICR = 14,4 MW

13 JET (Joint European Torus ) – Culham, UK R = 2,96 m a/b = 1,25 / 2,10 m t = 20 s B = 3,45 T I = 4,8–7 MA P NS = 25 MW P ICR = 32 MW P DHR = 12 MW

14 JET (Joint European Torus )

15 D–T plazma 1991 P DT = 1,7 MW 1997 E DT = 21,7 MJ P DT = 16,1 MW Q = 65% t = 3,5 s

16 Jak se blížíme k cíli

17 Potřebujeme termojaderný reaktor už nyní ? NE ALE Máme i jadernou energii ze štěpení 1. Fosilní paliva jsou důležitá surovina pro uhlíkovou chemii a je tedy škoda je pálit. 2. Ochrana životního prostředí. 3. Obnovitelné zdroje nejsou časově konstantní a uchování elektrické energie je problém.

18 ITER – International Thermonuclear Experimental Reactor Navázal na INTOR Smlouva podepsána v roce 1987 Rozhodnutí o jeho realizaci ve Francii v Cadarache přijato 2005

19 ITER - Projektované parametry R = 6,2 m; a = 2,0 m, b/a = 1,6; I = 15 MA; B = 5,3 T; T = 8 keV; n = m -3 ; P fuz = 0,5 GW; neutr. zátěž = 0,5 MW / m 2 ; t > 400 s; Q > 10 Výstavba: 10 let; 2,755 miliard USD Experimantální provoz: 20 let, provozní náklady: 188 milionů USD ročně, celkem 3.76 miliardy USD. Cíle: Zapálení reakce Přechod do stacionárního režimu Ověření koncepce první stěny a plodící obálky Případně samovolné hoření

20 Přednosti a úskalí Perspektivnost: Téměř nevyčerpatelný zdroj energie: 1 litr vody obsahuje 1/30 g deuteria 1 litr vody odpovídá 300 litrům benzínu Vnitřní bezpečnost: malá náplň paliva při tlaku 0.1 Pa řádově gramy přerušení reakce při porušení reaktoru teplotní stabilita Nejaderný odpad: He Radioaktivita: druhotná v materiálech konstrukce, lze ji omezit výběrem materiálu se vznikem pouze krátce žijících izotopů

21 1. Nedořešené fyzikální problémy Úskalí Nestability disrupce ELM – relaxační okrajová nestabilita pilové kmity hustoty turbulence po zapálení reakce He „popel“ – odstraňování přes divertor změna vlastností plazmatu Doplňování paliva injekce tablet – lokální změna parametrů Nečistoty

22 2. Materiálové a technologické problémy První stěna: 1 MW/m 2, ocel (austenitická, martensitická), vanad, C, B, Be Divertor Blanket: výroba T, množení n, chlazení Supravodivé vinutí – odstínění od toku neutronů Diagnostika – vliv neutronů Řízení plazmatu v reálném čase Ekonomika

23 Rozšiřující literatura 1. G. McCracken, P. Stott: “Fúze. Energie vesmíru“, Mladá fronta, edice Kolumbus, M. Řípa, V. Weinzettl, J. Mlynář, F. Žáček: „Řízená jaderná syntéza pro každého“, ÚFP AV ČR a ČEZ. Praha J. Mlynář: „ITER – cesta ke zvládnutí řízené termonukleární fúze“, Pokroky matematiky, fyziky a astronomie, 49 (2004) 2, 129 – V. Weinzettl:“Čistá energie tokamaků“, Vesmír 77 (1998) 4, 207 – J. Mlynář: „Lesk a bída termojaderné syntézy“, Vesmír 77 (1998) 4, 207 – V. Kopecký: „Zapálíme Slunce na Zemi?“, Astropis, Speciál 2007, 32 –


Stáhnout ppt "RNDr. Vladimír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme."

Podobné prezentace


Reklamy Google