Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Úvod do termonukleární fúze Pavla Nikolovová Lukáš Paluzga Michal Franta.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Úvod do termonukleární fúze Pavla Nikolovová Lukáš Paluzga Michal Franta."— Transkript prezentace:

1 Úvod do termonukleární fúze Pavla Nikolovová Lukáš Paluzga Michal Franta

2 Úvod do termonukleární fúze Energetická situace ve světě Obecný princip jaderné fúze Princip fúze s inerciálním a magnetickým udržením Zařízení pro výzkum fúze a její realizaci Fúze a její budoucnost (?)

3 Rostoucí poptávka po energii >zásadní důležitost energie pro moderní průmyslovou společnost >společnost závisí na spolehlivém a bezpečném zásobování energií >poptávka se každoročně zvyšuje asi o 2% >faktory ovlivňující zvyšující se poptávku po energii: >růst populace >výkonnost ekonomiky >technický pokrok

4 Současná situace >problémy současné energetiky: >vyčerpání zásob >ekologické faktory >politické konflikty >jedním z nejhlavnějších úkolů následujícího století je nahradit fosilní paliva alternativními zdroji energie >problémy využití obnovitelných technologií: >nákladnost >velká spotřeba stavební plochy a materiálů >závislost na proměnlivých přírodních podmínkách

5 >dlouhodobá využitelnost: >palivo je hojně a rovnoměrně rozloženo v prakticky nevyčerpatelném množství >efektivita při menších objemech paliva >jaderné reakce mají o 7 řádů větší energetický výtěžek než má spalování libovolného paliva Výhody termonukleární fúze Termojaderná fúze je jednou z možných náhrad za fosilní paliva, nabízející bezpečný a k životnímu prostředí šetrný prostředek výroby energie.

6 Výhody termonukleární fúze Termojaderná fúze je jednou z možných náhrad za fosilní paliva, nabízející bezpečný a k životnímu prostředí šetrný prostředek výroby energie. >Šetrnost k životnímu prostředí: >nedochází k znečisťování atmosféry skleníkovými plyny >palivo pro fúzi není radioaktivní >fúzní jaderné reakce primárně neprodukují žádné radioaktivní izotopy >pouze sekundárně v konstrukčním materiálu

7 Princip jaderné fúze: E =  mc 2 >vazebná energie jádra je asi krát větší než vazebná energie elektronů v atomovém obalu >množství získané energie jsou výraznější při reakcích fúzních než při reakcích štěpných >štěpení: >uvolnění energie ~1-2 MeV na nukleon >vznik produktů, které jsou dlouhodobě vysoce radioaktivní >fúze >uvolnění energie ~ 4-6 MeV na nukleon >vznik 1-3 neradioaktivních částic

8 Termonukleární fúze >účinný průřez - vyjadřuje energetickou bilanci a pravděpodobnost reakce >odpudivá coulombická bariéra jader (~10 2 keV): >fúze probíhá díky tunelovému jevu s malou pravděpodobností i při energiích nižších(~10 1 keV) >teploty ~ °C  plazma

9 Termonukleární fúze >v praxi nejlépe využitelná: D + T  4 3 He + n + 17,6 MeV >dva principy: inerciální a magnetická fúze

10 Lawsonovo kritérium >rovnováha mezi výkonem uvolňovaným fúzí a výkonem sloužícím k ohřevu paliva >L= n  E T  c krit. >n … hustota plazmatu >  E … doba udržení energie >T … teplota plazmatu >D+T: c krit. ~5*10 21 s.keV.m -3

11 Možnosti realizace Inerciální udržení (ICF): (Inertial Confinement Fusion) Palivo se udržuje „na místě“ vlastní setrvačností Ohřev pomocí laserů či svazků iontů n ~ m -3 t ~ s Magnetické udržení (MCF): (Magnetic Confinement Fusion) Palivo se udržuje magnetickým polem Ohřev pomocí ohmického ohřevu, svazky částic, vlnami n ~ m -3 t ~ 5 s

12 Princip ICF 1.Ozáření (heating): pelet vletí do spalovací komory (hohlraum), kde je prudce zahříván laserem, svazkem částic, apod. 2.Komprese (compression) : obal peletu se prudce rozpíná směrem dovnitř, kde stoupá teplota a tlak 3.Zapálení (ignition): hustota 1000x větší než kapaliny, teplota ~ 100 mil. °C - v jádru započala termonukleární reakce 4.Hoření - fúze (fusion): termonukleární reakce se rychle šíří směrem od středu peletu 5.Exploze (explosion): pelet exploduje - do této chvíle držen pohromadě pouze vlastní setrvačností

13 Princip ICF

14 pelet - skořápka z tzv. ablátoru naplněná D-T směsí (1 mg ~ 100kg TNT) ozáření, tedy i komora, musí být symetrické, aby nedošlo k deformaci peletu... velké nároky na spalovací komoru: teplota 2.5 mil. °C tepelný tok 400TW / cm 2 hotraum - komora vyplněna plynem o nízkém atomovém čísle - „vyhlazuje“ energetický tok

15 ICF: UCB - NOVA chamber

16 ICF: Gekko XII laser (Osaka)

17 Princip MCF (Magnetic Confinement Fusion) Plasma je v zařízení udržováno magnetickým polem (Lorentzovou silou) n ~ m -3 pulzní režim: např. tokamaky kontinuální režim: např. stelarátory Lineární a toroidální (prstencovité) uspořádání

18 MCF - lineární uspořádání: magnetické zrcadlo princip: narůstající intenzita mag. pole odráží částice zpět problém: velké energetické ztráty na koncích

19 MCF: NASA Marshall Magnetic Mirror

20 MCF - toroidální uspořádání: tokamak z ruštiny: ТОк, КАмера и МАгнитные Катушки (*1951 Andrej Sacharov, Igor Tamm) nejperspektivnější zařízení pro řízenou termonukleární fúzi tvar prstence, magnetické siločáry jsou v rámci zařínení uzavřené částice se pohybují po šroubovici kolem mag. siločar dokolečka

21 MCF - tokamak

22 vlivem odstředivé síly částice driftují v radiálním směru - nutnost přidat další, stáčivé, magnetické pole v poloidálním směru (v rovině malého řezu komory) - toto pole přidává sám proud v plazmatu výsledné magnetické pole má tedy tvar do sebe stočené šroubovicce

23 MCF - tokamak

24 MCF - pinč se zpětným polem (Reversed Field Pinch) intenzita toroidálního a poloidálního magnetického pole je srovnatelná díky velké poloidální složce (tj. siločáry jsou hodně stáčivé) indukuje proud v plazmatu vlastní toroidální složku, která je v obráceném směru

25 Pinč: MST (Madison)

26 MCF - stelarátor (Stellarator) magnetické pole šroubovicového tvaru je indukováno rozsáhlou sadou cívek, které jsou stočené

27 Možnosti realizace fúze Inerciální udržení (ICF): (Inertial Confinement Fusion) Palivo se udržuje „na místě“ a vcelku vlastní setrvačností Ohřev peletu pomocí laserů či svazků iontů n ~ m -3 t ~ s pulzní režim Magnetické udržení (MCF): (Magnetic Confinement Fusion) tokamaky, pinče, stelarátory plazma se udržuje magnetickým polem n ~ m -3 t ~ 5 s možnost kontinuálního režimu

28 Děkujeme za pozornost, trpělivost a případné dotazy J. Ongena, G. Van Oost: Controlled Thermonuclear Fusion ČEZ: Ovládnutí energie hvězd V. Weinzettl: Tokamak - termojaderná energie pro 3. tisíciletí F. Chen: Úvod do fyziky plazmatu T. Hamacher: Challenges of the energy supply for the 21st century Lukáš Paluzga, Pavla Nikolovová, Michal Franta 2002


Stáhnout ppt "Úvod do termonukleární fúze Pavla Nikolovová Lukáš Paluzga Michal Franta."

Podobné prezentace


Reklamy Google