Termonukleární fúze Předpověď nárůstu spotřeby energie v blízké budoucnosti

nukleon. Celková energie získaná z jedné reakce je pro štěpení vyšší. Termonukleární fúze Energii lze získávat z jaderných přeměn, a to ze štěpení těžkých jader, či slučováním lehčích. Jedná se o energii na nukleon. Celková energie získaná z jedné reakce je pro štěpení vyšší.

Termonukleární fúze + 0,8 MeV v TS n + 2,5 MeV v TS D D Ernest Rutherford 1871 - 1937 n + 2,5 MeV v TS D Roku 1934 uskutečňují E. Rutherford a J. Douglas první jadernou syntézu za pomocí urychleného svazku deuteronů. D

Termonukleární fúze Proč bylo nutné k reakci využít urychlovač? D D Mezi stejně nabitými částicemi (+) existuje silné elektrostatické odpuzování. Na překonání této síly je nutné dodat vysokou energii (řádově setiny MeV).

Termonukleární fúze Systém urychlený svazek – terčík je pro získávání energie nevhodný. Většina vstupující energie se mění na teplo ještě před reakcí a navíc je reakcí velmi málo. Pro spuštění hromadné fúzní reakce je nutné prostředí o vysoké hustotě a teplotě – plasma. Zde dosahují částice dostatečných kinetických energií k překonání elektrostatického odpuzování a počet reakcí je dostatečný.

Příklady termonukleárních reakcí Termonukleární fúze Příklady termonukleárních reakcí 2H1 + 2H1 ® 3He2(0,8MeV) + 1n0(2,5MeV) Ţ celkový výtěžek 3,13 MeV 2H1 + 2H1 ® 3H1(1,0MeV) + 1H1(3,0MeV) 4,03 MeV 2H1 + 3H1 ® 4He2(3,5MeV) + 1n0(14,1MeV) 17,6 MeV 1H1 + 3H1 ® 4He2 (19,9MeV) 19,9 MeV 2H1 + 6Li3 ® 4He2(11,2MeV) + 4He2(11,2MeV) 22,4 MeV

Termonukleární fúze Existuje vztah mezi teplotou a hustotou iontů v plazmatu, který udává, za jakých podmínek se bude fúze sama udržovat. Tento vztah se jmenuje Lawsonovo kritérium a má tvar teplota x hustota > 50×1020 keV/m3 Při atmosférickém tlaku je nutné dosáhnou teplot řádově 100 000 000 OC Je zřejmé, že fúze nemůže probíhat v nádobě z žádného materiálu. Jakýkoliv dotek plazmatu se stěnou nádoby povede k roztavení materiálu, plazma zchladne a reakce se okamžitě zastaví.

Magnetické udržení Inerciální udržení Termonukleární fúze Existuje několik metod, jak udržet plazma dostatečně žhavé a husté tak, aby se nedotýkalo žádného hmotného materiálu. Magnetické udržení Inerciální udržení

Termonukleární fúze Princip magnetického udržení

První pokusy o termonukleární reaktor – princip magnetického zrcadla Termonukleární fúze První pokusy o termonukleární reaktor – princip magnetického zrcadla

Termonukleární fúze Siločáry stočené do kruhu řeší problémy s únikem plazmy na koncích pole. Princip TOKAMAKu.

Metody zahřívání plasmy. Termonukleární fúze Metody zahřívání plasmy.

Termonukleární fúze Joint European Torus (JET) Culham, Velká Británie První úspěšně zapálená fúze v roce 1991

Termonukleární fúze

Termonukleární fúze

Termonukleární fúze Pro srovnání velikosti člověka a torusu. Robotická paže pro údržbu vnitřku TOKAMAKu.

Fyzikální problém!!!! Termonukleární fúze Tepelné ztráty (ochlazování plazmatu) jsou 100-1000 x vyšší nežli se očekávalo na počátku tokamakového výzkumu Částice a teplo se přesunují napříč siločar magnetického pole nejen důsledkem srážek, ale zejména proto, že plazma v tokamacích je turbulentní

Princip inerciálního udržení Termonukleární fúze Princip inerciálního udržení Kompaktní kulička paliva je prudce zahřáta a všechno fúzní palivo se v ní spálí dříve, než se stihne rozlétnout.

Lawrence Livermore labs Termonukleární fúze Reaktor NOVA Lawrence Livermore labs Livermore, California

Termonukleární fúze Tokamak ITER Cadarache, Francie

Máme na Zemi dostatek paliva? Proč vůbec termonukleární fúze? Pokud budeme uvažovat energeticky nejvýhodnější reakci D-T, jsme omezeni zejména množstvím lithia ze kterého je možné relativně snadno vyrábět tritium. Zásoby lithia v zemské kůře stačí na výrobu tritia minimálně na několik tisíc let. Pokud bychom v budoucnu zvládli obtížnější reakci D-D, tak v mořské vodě nalezneme zásoby deuteria i na miliardu let. Proč vůbec termonukleární fúze? Slučování jader lehkých prvků na těžší je v podstatě jediným, dlouhodobě využitelným zdrojem energie s dostatečným výkonem pro uspokojení současných i budoucích energetických potřeb lidstva. Vzhledem k tomu, že zásoby paliv používaných v současné době vystačí pouze na několik málo stovek let, je nejvyšší čas začít se intenzivně věnovat výzkumu v oblasti termojaderné fúze. Finanční prostředky na výzkum nejsou malé, ale pokud by přišla energetická krize, byly by ztráty mnohanásobně vyšší.