1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) JET 11) ITER

Rozměr: px
Začít zobrazení ze stránky:

Download "1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) JET 11) ITER"

Transkript

1 Term ojaderná fúze V rámci projektu Fyzikou a chemií k technice vytvořil prezentaci za GKS Marek Kovář (kovar.ma@seznam.cz). Modifikace a šíření dokumentu podléhá licenci GNU (

2 1) Nový zdroj energie? 2) Plazma 3) Termojaderná fúze 4) Kde vzít palivo? 5) Lawsonovo kritérium 6) Inerciální udržení 7) Magnetické udržení 8) Stelarátor 9) Tokamak 10) JET 11) ITER 12) Fúzní ČR Úvod

3 Nový zdroj energie? Ekonomika EU závisí na energii ropa na 45 let zemní plyn na 60 let uhlí na 300 let Svět hledá výrobu energie - bez nebezpečného odpadu - snadno získatelné suroviny - nevyčerpatelné zdroje Ekonomika EU závisí na energii Uran 235 (klasické štěpné reaktory) na 30 let Uran 238 a Thorium 232 (množivé reaktory) na let Lithium (D+T fúzní reaktory) v zemi na let v oceánech na let

4 Plazma Při zahřívání látky se z původně elektricky neutrálního prostředí stane směs elektricky nabitých částic.

5

6 Slunce a ostatní hvězdy čerpají energii ze slučovacích jaderných reakcí. Slunce a hvězdy Při reakcích se vodík mění na helium a těžší prvky. Teploty v centru hvězd dosahují až desítek milionů stupňů.

7 Termojaderná fúze

8 Termojaderná fúze

9 Kde vzít palivo? DEUTERIUM 2 H - Neradioaktivní izotop vodíku - Lze získat z vody (v 1m³ H 2 O 35g 2 D) TRITIUM 3 D - Radioaktivní izotop vodíku - Volně na Zemi není - Lze ho vyrobit z lithia

10 Podmínky pro fúzi Pro slučování jader je potřeba velká energie tedy teplota urychlit částice v urychlovači 1 ev C

11 Urychlovače Cockcroft-Walton machine Cavendish Laboratory, Cambridge 1932 E. Rutherford E.T.S.Walton J.D.Cockcroft 800 kev : 1 1 H Poprvé v roce 1934 zkusili tito pánové + 7 Li fúzní 4 reakci He na principu + 2 D+D He

12 Studená fúze 1886 Elektrolyticky katalyzovaná fúze Graham - objev atomární difuze v atomu vodíku 1989 Dr. B.Stanley Pons a Dr. Martin Fleischmann na Univerzitě v Utahu oznámili, že experiment s tzv. studenou fúzí se povedl. Za pokojové teploty s použitím elektrod z palladia a platiny ponořených do těžké vody uvolnili teplo a vedlejší produkty. Buňka studené fúze u amerického námořního prostoru a námořní války centrum systémů, San Diego, CA (2005)

13 Lawsonovo kritérium Pro syntézu 2 D s 3 T při teplotě iontů T i 0,5 * 10 8 C C platí: n τ E 0, m -3 s Kritérium publikoval v tajném dokumentu v roce 1955 a v roce 1957 již oficiálně ve vědeckém časopisu J.D.L aw son

14 n Inerciální udržení m -3 τ s Ohřátí 1 mg D-T směsi na 30 kev fúzní výkon 340 MJ výbuch 75kg TNT ρ= 200 g*cm -3 Laser OMEGA, Rochester, USA 60 TW, 0,5 3 ns, 40 svazků Světelné svazky laseru míří na terčík termojaderného paliva

15 Lasery Rayleigh-Taylorova nestabilita -Zkoumáno v letech Při urychlování hustšího prostředí do řidšího dochází ke zvětšování styčné plochy (fraktální struktura) D-T kapsle ( 2mm) G.I.Taylor L ord R ayleigh

16 Magnetické udržení Magnetická zrcadla (USA) nebo pasti (SSSR) GOL-3-II v novosibirském - Otevřená magnetická Budkerově nádoba Ústavu - Na jaderné koncích fyziky zhuštění siločar - Nabité částice se odráží (ne vždy!)

17 Pinče - slučování jader ve vláknu tzv. z-pinč - vláknem prochází proud silné magnetické pole Smyčková nestabilita Pole stlačuje plazma k ose na potřebnou hustotu a teplotu. Z-machine, Sandia, USA

18 Stelarátory Chyběl účinný počáteční ohřev Joulovým teplem => problém s ohřevem plazmatu NSTX PPPL, USA 1999

19 Tokamak TOroidalnaja KAmera i MAgnitnyje Katuski (na základě úvah seržanta Rudé armády O.L.Lavrentěva z roku 1926) 1957 A.D.Sacharov a I.E.Tamm 1968 potvrzení výzkumu západními vědci rozvoj výzkumu

20 Tokamak ohřev plazmatu Tři metody vnějšího ohřevu 1) Absorpce elektromagnetického vlnění 2) Nástřel Jouleovo neutrálních teplo atomů vodíku s E až stonásobku 2 teploty P = plazmatu R I 3) Ohmický

21 Tokamak - komora Limiter a divertor odvod nečistot, zplodin termojaderné reakce a nespáleného paliva Model divertoru

22 JET Joint European Torus - v anglickém Culthamu poblíž Oxfordu - stavba D-T směs 1,7 MW při teplotě paliva C výkon 16 MW

23 JET

24 ITER = cesta (latinsky) - parametry objem plazmatu 837 m 3 - proud plazmatu 15 MA - výkon 500 MW - očekává se větší výkon než příkon a možná i hoření termojaderné reakce - lokalita: nedaleko jihofrancouzského Cadarache

25 ITER

26 ITER rozmístění budov

27 CASTOR 1977 předání tokamaku z Kurčatova ústavu v Moskvě AV ČSR Ústavu fyziky plazmatu v Praze 2000 otevření laserového sytému PALS 2005 AV ČR ÚFP přijímá nabídku na převzetí tokamaku Compass-D

28 COMPASS-D Podzim 2004 COMPASS-D oficiálně nabídnout UKAEA do ÚFP AV ČR Červenec 2005 přijato rozhodnuti o re- instalaci tokamaku COMPASS-D v ÚFP, podána žádost o podporu vlády ČR. Záři 2005 začátek příprav návrhu pro preferenční podporu EURATOMu Říjen 2005 usneseni vlády ČR o podpoře přesunu COMPASS-D Červenec 2006 EURATOM udělil preferenční podporu projektu Kv 3Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 stavba budovy transport tokamaku centrální zdroj energie vývoj a instalace výkonové elektroniky kontrola plazmatu pomocí zpětné vazby vakuový systém řízení a sběr dat bezpečnostní systémy systémy dodatečného ohřevu

29 DEMO = demonstrační projekt - dostavení za let - tritiová soběstačnost a výroba elektřiny ve velkém měřítku - směr k první fúzní elektrárně!!!

30 Schéma termojaderné elektrárny

31 Reference Přednášky během evropské výstavy FusionExpo 2007 v Praze na FJFI Termojaderná syntéza pro každého (M. Řípa, J. Mlynář, V. Weinzettl, F. Žáček) Propagační materiály EFDA (European Fusion Development Agreement) Výzkum fúze Volba energie pro budoucnost, EURATOM server.ipp.cas.cz/~vwei/index_c.html jet.efda.org iter.org