Termonukleární fúze Edita Bromová

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

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

Proč fúze uvolňuje energii

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 150 000 000 Kelvinů

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

Plazma

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

Plazma Oheň

Plazma Blesky

Plazma Polární záře

Plazma Slunce

Plazma pro fúzi Fúze musí vydat více energie, než kolik spotřebovalo vytvoření plazmatu Lawsonovo kriterium Inerciální udržení Hustota 1031 m3 Doba udržení 10-10 s Magnetické udržení Hustota 1020 m3 Doba udržení 1 s

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

Inerciální udržení Palivo

Inerciální udržení Laser

Inerciální udržení Komprese paliva

Inerciální udržení Reakční komora

Inerciální udržení Akce!

Magnetické udržení Nabité částice sledují siločáry magnetického pole Magnetická nádoba

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

Magnetické udržení Torus Uzavřeme siločáry do kruhu a částice neuniknou!

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

Magnetické udržení Střižné pole Zkroutíme magnetické siločáry jako ručník

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

Stelarátor Speciálně tvarované cívky drží sloupec plazmatu

Stelarátor Cívky

Stelarátor Komora

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

Tokamak

Komora tokamaku

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

Plazma v tokamaku

Plazma v tokamaku

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

Tvar plazmatu Limiter Divertor

Udržení plazmatu Smyčková nestabilita Stabilizace Zpětná vazba Poloidální cívky

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

Doplňování paliva Vstřelování zmraženého vodíku

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

Fúzní elektrárna Proč už ji dávno nestavíme?

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

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

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

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

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

Řízení plazmatu Zpětná vazba v reálném čase

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

ITER

DEMO První fúzní elektrárna 2040 Japonsko

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

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

Golem

Děkuji za pozornost Pojďte se podívat na tokamak…

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

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

Tokamak