1 / 23

Termojaderná fúze - perspektivy a úskalí

Termojaderná fúze - perspektivy a úskalí. RNDr. Vladim ír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. e -mail: kopecky@ipp.cas.cz Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme termojaderný reaktor? Projekt ITER Přednosti a úskalí. Co je f úze. T (1,01 MeV) + p (3,03 MeV)

platt
Télécharger la présentation

Termojaderná fúze - perspektivy a úskalí

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Termojaderná fúze - perspektivy a úskalí RNDr. Vladimír Kopecký, DrSc. Ústav fyziky plazmatu AV ČR, v.v.i. e-mail: kopecky@ipp.cas.cz Co je fúze a jak jí dosáhnout Tokamaky Potřebujeme termojaderný reaktor? Projekt ITER Přednosti a úskalí

  2. Co je fúze T (1,01 MeV) + p (3,03 MeV) He3 (0,82 MeV) + n (2,45 MeV) D + D D + T He4 (3,52 MeV) + n (14,06 MeV) D + He3 He4 (3,67 MeV) + p (14,67 MeV) 1 eV = 11600 K, 1keV = 11,6 milionů K Li6 + n He4 + T + 4,8 MeV, Li7 + n He4 + T + n – 2,47 Mev

  3. Fúzní reaktor Pzt = 3nkT/t – ztráty zářením a částicemi Výměník a generátor s účinností h Plazma v reaktoru (n, T) Pf- energie ze syntézy Poh – energie pro ohřev částic 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 Z podmínky nulového zisku energie (Q =výkon/příkonem = 1) obdržíme Lawsonovo kriterium:nt> Ckr (T), Ckr,d-t (2×108 K) = 5×1019 s/m3

  4. Jak splnit Lawsonovo kriterium? První vodíková bomba „MIKE“ Laserový systém Gekko XII v Osace nt > 5×1019 s/m3 1. extrémní případ: inerciální systémy t> 10-9 s Hustota zmraženého deuteria = 5×1028 m-3 Pro dosažení Lawsonova kriteria je třeba terčík stlačit 104x. K tomu je nutná energie laseru 1 MJ.

  5. Laser NIF LLNL, USA 2003 1.výstřel, 4 svazky 360 TW, 5-15ns, 192 svazků (kolem roku 2008) Cena ~ 2 mld. USD

  6. Pohyb nabité částice • v magnetickém poli w=qB/m r = mv/qB 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 2,7×1025 m-3.) Takové plazma lze izolovat od stěn pouze magnetickým polem.

  7. Termojaderná elektrárna

  8. TOKAMAK toroidalnaja kamera s magnitnymi katuškami Systém vytvořený v Ústavu atomové energie v Moskvě 1951 - A.Sacharov, I.Tamm

  9. Z historie tokamaku • 1955 TMP – torus s magnetickým polem • a keramickou vakuovou nádobou • 1968 T-3, SSSR10 000 000°C • 70. léta vše se přestavuje na tokamaky • 1975 T-10, SSSR • PLT Princeton, USA60 000 000°C • 1978 T-7, SSSRsupravodivé vinutí • 1983 JET, Culham, Anglie1MA • 1987 Mezinárodní spolupráce na projektu ITER • 1991 JET Poprvé použita směs D-T, 2 MW, 0.2 s • 1992 TFTR, Princeton, USA6.1 MW, 0.2s • 1994 TFTR 10 MW, 1s • 1997 JET 16.1 MW, 2s, Q=0.62 • 1998 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, Francie6 min 21 s, 1 GJ

  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 R = 2,5 m a = 0,85 m B = 6,0 T I = 3,0 MA PNS = 39,5 MW PICR = 14,4 MW 1993 D–T plasma(89%D, 11%T) N = 1020 m–3, Ti = 510 mil. K, PD-T = 10,7 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 PNS = 25 MW PICR= 32 MW PDHR= 12 MW

  14. JET (Joint European Torus )

  15. JET (Joint European Torus ) D–T plazma 1991 PDT = 1,7 MW 1997 EDT = 21,7 MJ PDT = 16,1 MW Q = 65% t = 3,5 s

  16. Jak se blížíme k cíli

  17. Potřebujeme termojaderný reaktor už nyní ? NE Máme i jadernou energii ze štěpení ALE 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 = 1020 m-3;Pfuz = 0,5 GW; neutr. zátěž = 0,5 MW/m2; 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 připorušení reaktoru teplotní stabilita Nejaderný odpad: He Radioaktivita: druhotná v materiálech konstrukce, lze ji omezit výběrem materiálu se vznikem pouzekrátce žijících izotopů

  21. Úskalí 1. Nedořešené fyzikální problémy 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/m2, 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, 2006 • 2. M. Řípa, V. Weinzettl, J. Mlynář, F. Žáček: „Řízená • jaderná syntéza pro každého“, ÚFP AV ČR a ČEZ. • Praha 2005 • 3. J. Mlynář: „ITER – cesta ke zvládnutí řízené • termonukleární fúze“, Pokroky matematiky, fyziky a • astronomie, 49 (2004) 2, 129 – 150 • 4. V. Weinzettl:“Čistá energie tokamaků“, Vesmír 77 • (1998) 4, 207 – 211 • 5. J. Mlynář: „Lesk a bída termojaderné syntézy“, • Vesmír 77 (1998) 4, 207 – 211 • 6. V. Kopecký: „Zapálíme Slunce na Zemi?“, Astropis, • Speciál 2007, 32 – 37 • 7. http://www.iter.org/ • 8. http://www.efda.org/

More Related