Podaří se postavit Slunce na Zemi? Jan Mlynář, Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v. v. i. Exkurze U3V MFF UK, 2. listopadu 2009

Obsah přednášky

Termojaderná fúze Termojaderná fúze je zdrojem energie hvězd - včetně našeho Slunce. Fúze je proces spalování, nikoli řetězová reakce, čili neexistuje něco jako „kritická hmotnost“ Nicméně, podmínky nutné k zapálení fúze jsou velmi náročné.

Slova, která zaslouží slávu Sir Arthur S Eddington (1920): « If, indeed, the sub-atomic energy in the stars is being freely used to maintain their great furnaces, it seems to bring a little nearer to fulfilment our dream of controlling this latent power for the well-being of the human race – or for its suicide. »  John D. Lawson (1955): « It is seen that for a useful reactor T must exceed 108 degrees and nt must exceed 1016. These conditions are very severe. Conditions for a T-D-Li reactor (...) are easier though still severe. The corresponding values of temperature and nt are T=3x107 degrees, nt=1014. »

Inerciální udržení – mikrovýbuchy Zapálení pomocí laserů, v budoucnosti snad i pomocí svazků částic

Fyzikální plazma je čtvrté skupenství hmoty Co to je plazma ? Fyzikální plazma je čtvrté skupenství hmoty Pokud mají částice plynu dost energie, rozdělí se na ionty a elektrony – pak mluvíme o plazmatu. Při vysokých teplotách mají částice vysoké rychlosti, takže mají i hodně energie. Nabité částice reagují na elektrické a magnetické pole – a zároveň je spoluvytvářejí.

Plazma bez magnetického pole Plazma v magnetickém poli Magnetické udržení – možné i kontinuálně Plazma bez magnetického pole Plazma v magnetickém poli

Příklad konfigurace mg. pole - stelarátor 1998 LHD NIFS, Japan supravodivé cívky – 4 T Cívky Wendelstein 7-X Greifswald, Germany 60 000 000°C 3 T (okolo 2014)

Tokamak - nejlépe izoluje teplo Primární vinutí transformátoru Poloidální magnetické pole Vnější cívky poloidálního pole Výsledné šroubovicové mg. pole Cívky toroid. pole Elektrický proud v plazmatu (sekundár) Toroidální magnetické pole

Tokamak CASTOR – jeden z prvních CASTOR se dne 18. prosince 2008 převezl na FJFI do Břehové, kde by měl časem fungovat pro studenty nového zaměření „Fyzika a technika termojaderné fúze“ (a nejen pro ně) http://fttf.fjfi.cvut.cz/?p=aktualne

Nástupce: Tokamak COMPASS 17. září 2007, Culham 20. října 2007, Praha

Společný evropský tokamak JET Plasma operation closest to ITER Torus radius 3.1 m Vaccum vessel 3.96m high x 2.4m wide Plasma volume 80 m3 - 100 m3 Plasma current up to 5 MA in present configuration Main confining field up to 4 Tesla 15 m

JET: Vakuová nádoba a plazma #60753 Robot dálkově řízené údržby oblast divertoru Central temperature of JET plasmas: hundreds of millions oC Graphite tiles (similar to the Space shuttle tiles) are clearly visible

Tokamak ITER: Rozhodující technický experiment Cílem ITER je předvést integrovaný fyzikálně-technický systém ve velikosti budoucího reaktoru, aby se prokázala technická proveditelnost fúze jako energetického zdroje. ITER je dvakrát větší než JET a navíc plně supravodivý. Náklady na stavbu ~ 5 miliard Euro. 7 partnerů: EU, Japonsko, Ruská federace, USA, Čína, Jižní Korea a Indie. COMPASS ITER bude stát v Cadarache, nedaleko Aix-en-Provence, Francie. První plazma je plánováno na rok 2016.

Proč potřebujeme experimenty? Plazma je nelineární  obtížné předpovědi Proč potřebujeme velké experimenty? Proč potřebujeme malé experimenty?

Vize fúzní elektrárny