Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Stellarator działa jak należy

Recommended Posts

W lutym bieżącego roku informowaliśmy o uruchomieniu urządzenia do rozwoju fuzji jądrowej zwanego stellaratorem, w którego powstaniu swój udział ma Polska. Zadaniem Wendelsteina 7-X (W7-X), bo tak nazwano stellarator, nie jest wyprodukowanie nadmiarowej energii, a powolne zwiększanie temperatury plazmy oraz utrzymanie stabilnej plazmy przez 30 minut. Jeśli uda się to osiągnąć do 2025 roku, to będzie dobrze. Jeśli wcześniej, to jeszcze lepiej - mówił wówczas Robert Wolf, jeden z naukowców zatrudnionych przy projekcie.

Dotychczas nie wiadomo było jednak, czy stellarator działa, jak należy. Teraz amerykańsko-niemiecki zespół naukowy potwierdził, że w W7-X powstają bardzo silne trójwymiarowe pola magnetyczne, które z 'niezwykłą dokładnością' spełniają założenia projektowe urządzenia. Odstępstwo od teoretycznych założeń jest mniejsze niż 1:100 000. Z tego co wiemy, nikt wcześniej nie osiągnął takiej dokładności zarówno pod względem inżynieryjnym, jak i pod względem pomiaru topologii pola magnetycznego - stwierdzili naukowcy. Uzyskanie doskonałego pola magnetyczne to kluczowy element fuzji jądrowej, gdyż pole magnetyczne jako jedyne jest w stanie utrzymać stabilną plazmę wystarczająco długo, by zaszła w niej fuzja.

Naukowcy pracują nad technologią fuzji jądrowej od 60 lat i wciąż jesteśmy bardzo daleko od osiągnięcia celu, jakim jest zapewnienie stałej kontrolowanej produkcji energii za pomocą tego typu reakcji. Zadanie nie jest jednak łatwe. By tego dokonać trzeba wybudować urządzenie zdolne do uzyskania i kontrolowania plazmy o temperaturze 100 milionów stopni Celsjusza.

W7-X to jeden z pomysłów na osiągnięcie tego celu. W przeciwieństwie do tokamaków, w których plazma utrzymywana jest w dwuwymiarowym polu elektrycznym, stellarator generuje trójwymiarowe zakręcone pola magnetyczne. To, przynajmniej teoretycznie, powinno dawać przewagę stellaratorowi, gdyż w ten sposób można kontrolować plazmę bez potrzeby dostarczania do urządzenia prądu elektrycznego, co powinno czynić stellarator bardziej stabilnym.

Potwierdziliśmy, że stworzona przez nas magnetyczna klatka działa zgodnie z projektem - mówi Sam Lazerson z Princeton Plasma Physics Laboratory. Zadeniem W7-X nie jest uzyskanie energii z fuzji. To instalacja koncepcyjna, która ma dowieść, że same założenia stellaratora są prawidłowe i całość powinna działać. W 2019 roku obecnie wykorzystywany w stellaratorze wodór zostanie zastąpiony deuterem. Mimo to urządzenie nie wyprodukuje więcej energii niż trzeba mu dostarczać.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

W 2019 roku obecnie wykorzystywany w stellatorze wodór zostanie zastąpiony deuterem.

 

Nie do końca rozumiem do końca to zdanie. Co obecnie robi tam wodór? Z założenia te eksperymentalne reaktory mają działać na paliwie D+T.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      W projektach związanych z syntezą termojądrową konieczne jest wykorzystanie materiałów odpornych na wysokie temperatury i uszkodzenia radiacyjne. Obiecujące pod tym względem są materiały bazujące na węglu, zwłaszcza nanorurki węglowe i grafen. Naukowcy z Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ brali udział w badaniach odporności detektorów grafenowych na wysokie strumienie neutronów.

      Reaktory termojądrowe, takie jak powstające obecnie w Cadarache we Francji urządzenie badawcze ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), czy powstający w Hiszpanii jego następca – DEMO (Demonstration Power Plant), wykorzystują silne pole magnetyczne do uwięzienia plazmy, w której zachodzą reakcje syntezy lekkich jąder atomowych. By umożliwić efektywne zachodzenie reakcji syntezy, plazmę należy podgrzać do temperatury dziesiątek milionów stopni Celsjusza. Aby zapewnić stabilne działanie urządzenia, konieczna jest precyzyjna diagnostyka pola magnetycznego. Ze względu na działające na znajdującą się we wnętrzu reaktora elektronikę warunki, takie jak wysoka temperatura (rzędu kilkuset °C) czy silne promieniowanie neutronowe, większość komercyjnie dostępnych półprzewodnikowych czujników pola magnetycznego nie jest w stanie pracować w takich układach. Z tego powodu prowadzone są badania nad detektorami metalowymi, opartymi o chrom czy bizmut. Niestety, detektory oparte o nie mają niską czułość i duży przekrój czynny na oddziaływanie z neutronami.
      Interesującą alternatywą wydają się być detektory wykonane w technologii kwaziswobodnego grafenu epitaksjalnego na węgliku krzemu. Warstwy grafenu mogą być formowane w bardzo czułe sensory efektu Halla: jeżeli przewodnik, przez który płynie prąd elektryczny, znajduje się w polu magnetycznym, pojawia się w nim różnica potencjałów – tzw. napięcie Halla, które może posłużyć do pomiaru pola magnetycznego. Zbadana została już odporność grafenu na promieniowanie. Badania przeprowadzono wykorzystując zarówno wiązki jonów, protonów, jak i elektronów, i nie wykryto istotnych zmian właściwości napromienionych próbek. Przewidywania teoretyczne sugerują, że podobnie grafen reaguje na promieniowanie neutronowe, jednak nigdy wcześniej nie zostało to bezpośrednio potwierdzone eksperymentalnie.
      W pracy, która ukazała się na łamach czasopisma Applied Surface Science, zbadano wpływ prędkich neutronów na układ detektora opartego na grafenie. Instytut Mikroelektroniki i Fotoniki (IMiF) funkcjonujący w Sieci Badawczej Łukasiewicz wytworzył strukturę składającą się z grafenu na wysyconej atomami wodoru powierzchni węglika krzemu 4H-SiC(0001). Całość pokryto dielektryczną pasywacją z tlenku glinu, stanowiącą zabezpieczenie środowiskowe warstwy aktywnej detektora – mówi dr inż. Tymoteusz Ciuk, kierujący pracami w Łukasiewicz-IMiF. Tak przygotowany układ został następnie poddany napromienieniu neutronami prędkimi wewnątrz rdzenia reaktora MARIA w NCBJ.
      Zamontowana w rdzeniu reaktora MARIA unikatowa instalacja do napromieniania neutronami prędkimi pozwala nam przeprowadzać badania materiałów, bądź podzespołów przewidywanych do wykorzystania w układach termojądrowych, w których także są generowane prędkie neutrony – opowiada dr inż. Rafał Prokopowicz, kierownik Zakładu Badań Reaktorowych NCBJ, współautor pracy. W przypadku badań nad strukturami detekcyjnymi z grafenu, próbki napromienialiśmy przez ponad 120 godzin neutronami prędkimi o fluencji rzędu 1017 cm–2, by oddać warunki, na jakie narażona jest elektronika w instalacjach termojądrowych – dodaje mgr Maciej Ziemba z Zakładu Badań Reaktorowych. „Aby zapewnić bezpieczeństwo badań, testy podzespołów wykonano, gdy aktywność próbek nie stanowiła już zagrożenia, czyli po kilku miesiącach od napromienienia”.
      Zarówno przed napromienieniem, jak i po napromienieniu próbek, w Instytucie Fizyki Politechniki Poznańskiej dokładnie zbadano ich strukturę i właściwości elektryczne. Wykorzystano do tego spektroskopię Ramana, badania efektu Halla, jak również wielkoskalowe modelowanie z użyciem teorii funkcjonału gęstości (DFT – density functional theory). Dodatkowo, naukowcy z Politechniki Poznańskiej przeprowadzili charakteryzację napromienionych struktur po ich wygrzewaniu w temperaturze od 100 do 350°C, by zbadać działanie temperatury, w połączeniu z wpływem prędkich neutronów, na właściwości elektryczne. Dzięki testom wykryto na przykład, że z powodu promieniowania, w materiale pojawia się zależność właściwości elektrycznych od temperatury, która nie występowała przed umieszczeniem próbek w strumieniu neutronów – wyjaśnia dr inż. Semir El-Ahmar, kierujący badaniami na Politechnice Poznańskiej. Co więcej, promieniowanie neutronowe powoduje zmniejszenie gęstości nośników ładunku w badanej strukturze. Okazuje się jednak, że odpowiada za to warstwa wodoru, a więc napromienienie jedynie w umiarkowanym stopniu wpływa na strukturę i właściwości grafenu.
      Na podstawie charakteryzacji właściwości badanych struktur przed napromienieniem i po ich napromienieniu, oceniono odporność grafenu na promieniowanie neutronowe jako bardzo dobrą. Gęstość uszkodzeń radiacyjnych była 7 rzędów wielkości mniejsza, niż wartość strumienia neutronów, co oznacza dość niski przekrój czynny grafenu na oddziaływanie z neutronami prędkimi. Mimo, iż wystąpiły uszkodzenia struktury spowodowane promieniowaniem, to w porównaniu z detektorami bazującymi na metalach, czułość układu z grafenem na pole magnetyczne pozostaje kilka rzędów wielkości większa – podsumowuje wyniki dr El-Ahmar. Dodatkowo, okazało się, że duża część uszkodzeń była związana nie z samymi warstwami grafenu, a z warstwą wodoru, która z kolei przy temperaturach powyżej 200°C, jakie będą panować w instalacjach takich jak DEMO, wykazuje wręcz pewien potencjał samo-naprawczy. Z uwagi na to, grafenowe detektory pola magnetycznego mogą stanowić obiecujące struktury do wykorzystania w reaktorach termojądrowych.
      Nad zastosowaniem grafenu jako bazy przy detekcji pola magnetycznego w instalacjach termojądrowych prowadzone będą dalsze badania. Naukowcy rozważają wykorzystanie innego typu podłoża – np. 6H-SiC(0001), na którym formowana struktura może być bardziej odporna na promieniowanie neutronowe. Rozważane jest też zastąpienie warstwy wodoru buforową warstwą atomów węgla.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zespół europejskich, w tym polskich, fizyków poinformował o ustanowieniu rekordu energetycznego z syntezy termojądrowej. Specjaliści pracujący przy tokamaku Joint European Torus (JET) w Wielkiej Brytanii uzyskali 59 megadżuli trwałej energii z fuzji jądrowej. Wyniki są zgodne z oczekiwaniami, potwierdzają słuszność decyzji o budowie reaktora ITER i dowodzą, że fuzja może być wydajnym, bezpiecznym i niskoemisyjnym źródłem energii.
      Osiągnięcie to jest wynikiem wieloletnich przygotowań zespołu naukowców EUROfusion z całej Europy. Sam rekord, a co ważniejsze, to czego nauczyliśmy się o fuzji w tych warunkach i jak to całkowicie potwierdza nasze przewidywania, pokazuje, że obraliśmy właściwą drogę, by ziścił się świat funkcjonujący w oparciu o energię z syntezy jądrowej. Jeśli jesteśmy w stanie kontrolować fuzję przez pięć sekund, możemy to robić przez pięć minut, a następnie przez pięć dni, w miarę zwiększania skali funkcjonowania urządzeń w przyszłości, powiedział Tony Donné, menedżer programu EUROfusion, w którego pracach udział bierze 4800 ekspertów i studentów z całego świata. A Bernard Bigot, dyrektor ITER, dodał, że stabilne wyładowanie deuteru z trytem na tym poziomie energetycznym, prawie na skalę przemysłową, potwierdza sens działania wszystkich zaangażowanych w fuzję na świecie. W przypadku projektu ITER wyniki JET pozwalają nam zakładać, że jesteśmy na dobrej drodze do zademonstrowania mocy syntezy jądrowej.
      JET znajduje się w Culham w Wielkiej Brytanii. Został uruchomiony w 1977 roku jako przedsięwzięcie Wspólnoty Europejskiej. Prowadzone w nim badania są niezbędne do rozwoju ITER i innych elektrowni termojądrowych. JET to jedyny tokamak na świecie, w którym można zastosować taką samą mieszankę deutery i trytu (D-T), jaka będzie stosowana w ITER i elektrowniach przyszłości. Temperatura osiągana w JET jest 10-krotnie wyższa niż wewnątrz Słońca. Teraz udało się tam uzyskać również olbrzymią ilość energii. Podczas 5-sekundowego wyładowania plazmy uwolniło się 59 megadżuli energii w postaci ciepła. Tym samym JET utrzymał moc wyjściową nieco ponad 11 MW ciepła uśrednioną w ciągu pięciu sekund. Poprzedni rekord, 22 megadżule energii całkowitej, oznaczał 4,4 MW uśrednione w ciągu pięciu sekund.
      Reaktory fuzyjne wytwarzają energię metodą fuzji jądrowej, w czasie której lżejsze pierwiastki łączą się w cięższe. Taki proces zachodzi na Słońcu. Fuzja to pod wieloma względami najdoskonalsze źródło czystej energii. Ilość energii, jaką może dostarczyć zupełnie zmieni reguły gry. Paliwo do fuzji jądrowej można uzyskać z wody, a Ziemia jest pełna wody. To niemal niewyczerpane źródło energii. Musimy tylko dowiedzieć się, jak go używać, mówiła w ubiegłym roku profesor Maria Zuber, wiceprezydent MIT ds. badawczych.
      Badania nad fuzją jądrową prowadzone są na całym świecie i przywiązuje się do nich coraz większą wagę. W bieżącym roku w Wielkiej Brytanii zostanie wybrana lokalizacja dla przyszłej prototypowej elektrowni fuzyjnej, Chińczycy poinformowali o pobiciu rekordu utrzymania wysokotemperaturowej plazmy w tokamaku, prestiżowy MIT twierdzi, że już za 4 lata może powstać pierwszy reaktor fuzyjny z zyskiem energetycznym netto, a z niedawno opublikowanego raportu dowiadujemy się, że na świecie istnieje co najmniej 35 przedsiębiorstw pracujących nad fuzją jądrową. Mimo tego perspektywa powstania pierwsze komercyjnej elektrowni fuzyjnej wydaje się bardzo odległa. To raczej perspektywa dekad niż lat.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Instytut Fizyki Plazmy Chińskiej Akademii Nauk poinformował o pobiciu rekordu utrzymania w tokamaku supergorącej plazmy. Urządzenie Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) utrzymało przez 1056 sekund plazmę o temperaturze 120 milionów stopni Celsjusza.
      EAST ma na koncie kilka rekordów. W czasie 15 lat pracy udało mu się uzyskać prąd o natężeniu 1 megaampera, plazmę o temperaturze 160 milionów stopni, a teraz rekordowo długo utrzymano bardzo gorącą plazmę.
      W tokamakach tryt i deuter są podgrzewane do bardzo wysokich temperatur. Przy około 150 milionach stopni Celsjusza powinno dojść do fuzji. Jednak samo jej rozpoczęcie to nie wszystko. Jeśli chcemy bowiem uzyskiwać z tokamaka energię elektryczną, reakcja musi się sama podtrzymywać, podobnie jak się to dzieje w Słońcu. Dlatego też zespoły naukowe w różnych tokamakach pracują nad wydłużeniem czasu utrzymania reakcji.
      Chińczycy dokonali dużego postępu. Jeszcze na początku ubiegłego roku byli w stanie utrzymać plazmę o temperaturze 120 milionów stopni przez 101 sekund. Obecnie wydłużyli ten czas aż 10-krotnie.
      Fuzja jądrowa – reakcja termojądrowa – to obiecujące źródło energii. Polega ona na łączniu się atomów lżejszych pierwiastków w cięższe i uwalnianiu energii w tym procesie. Taki proces produkcji energii na bardzo dużo zalet. Nie dochodzi do uwalniania gazów cieplarnianych. Na Ziemi są olbrzymie zasoby i wody i litu, z których można pozyskać, odpowiednio, deuter i tryt. Wystarczą one na miliony lat produkcji energii. Fuzja jądrowa jest bowiem niezwykle wydajna. Proces łączenia atomów może zapewnić nawet 4 miliony razy więcej energii niż reakcje chemiczne, takie jak spalanie węgla czy gazu i cztery razy więcej energii niż wykorzystywane w elektrowniach atomowych procesy rozpadu atomów.
      Co ważne, w wyniku fuzji jądrowej nie powstają długotrwałe wysoko radioaktywne odpady. Te, które powstają są na tyle mało radioaktywne, że można by je ponownie wykorzystać lub poddać recyklingowi po nie więcej niż 100 latach. Nie istnieje też ryzyko proliferacji broni jądrowej, gdyż w procesie fuzji nie używa się materiałów rozszczepialnych, a radioaktywny tryt nie nadaje się do produkcji broni. Nie ma też ryzyka wystąpienia podobnych awarii jak w Czernobylu czy Fukushimie. Fuzja jądrowa to bardzo delikatny proces, który musi przebiegać w ściśle określonych warunkach. Każde ich zakłócenie powoduje, że plazma ulega schłodzeniu w ciągu kilku sekund i reakcja się zatrzymuje.
      Najbardziej obiecującymi urządzeniami do przeprowadzania fuzji jądrowej są tokamaki. Ostatnio jednak poinformowano, że udało się pokonać poważne problemy, jakie trapiły alternatywną technologię – stellaratory – pojawiła się więc szansa, że tokamaki zyskają konkurencję i prace nad fuzją jądrową przyspieszą.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Politechniki Łódzkiej będą prowadzić badania nad systemem monitorującym wytwarzanie plazmy termojądrowej. Jak podkreślono w komunikacie prasowym uczelni, finansowanie przyznała [doktorantowi Bartłomiejowi Jabłońskiemu] europejska organizacja EUROfusion w konkursie na projekty dotyczące rozwiązania problemów naukowych związanych z fuzją termojądrową.
      Opiekunami grantu są dr hab. inż. Dariusz Makowski i dr hab. inż. Wojciech Tylman. Projekt będzie realizowany we współpracy z dr. Marcinem Jakubowskim z Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka w Greifswaldzie, dr. Raphaelem Mitteau z centrum badań jądrowych CEA i specjalistami z International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).
      W ramach trzyletniego grantu prowadzone będą badania naukowe nad nowymi metodami przetwarzania obrazów w czasie rzeczywistym oraz wykorzystaniem uczenia maszynowego i sieci neuronowych do ochrony i sterowania urządzeniami do wytwarzania plazmy termojądrowej. Głównym celem projektu jest opracowanie metodyki oraz algorytmów sterowania plazmą, jak również zabezpieczenia maszyny, wykorzystując obrazy z kamer termowizyjnych dla wyładowań plazmowych dłuższych niż 30 minut – wyjaśnia dr hab. inż. Dariusz Makowski.
      Urządzenia, które powstaną dzięki polskim naukowcom zostaną wykorzystane zarówno w niemieckim stellaratorze Wendelstein 7-X, jak we francuskim tokamaku WEST. Wyniki prac urządzeń do obrazowania zachowania plazmy są niezwykle ważne dla rozwoju przyszłych technologii fuzyjnych. Specjaliści mają nadzieję, że dzięki temu lepiej będą rozumieli plazmę i opracują doskonalsze metody jest utrzymania i kontroli.
      Reakcja termojądrowa (fuzja jądrowa) to zjawisko polegające na łączeniu się lżejszych jąder w jedno cięższe. W jej wyniku powstaje duża ilość energii. Gdyby udało się ją opanować, mielibyśmy do dyspozycji praktycznie niewyczerpane źródło taniej i bezpiecznej energii. Fuzja ma więc wiele zalet w porównaniu z reakcją rozszczepienia jąder cięższych atomów na lżejsze, którą wykorzystujemy w elektrowniach atomowych. Problem w tym, że wciąż nie potrafimy opanować reakcji termojądrowej i uzyskać z niej nadmiarowej energii, gotowej do komercyjnego wykorzystania
      System monitorujący plazmę będzie zatem przydatny dla rozwoju obu konkurencyjnych technologii reaktorów jądrowych – tokamaka i stellaratora.
      Bardziej znany z nich jest tokamak, którego koncepcja została stworzona w latach 50. przez radzieckich uczonych. Główna komora tokamaka ma kształt torusa, w którym za pomocą elektromagnesów tworzony jest pierścień plazmy. Przez ostatnich kilkadziesiąt lat świat kładł duży nacisk na rozwój tokamaków. Najbardziej znanym urządzeniem tego typu jest powstający we Francji międzynarodowy ITER. A wspominany tutaj WEST, a konkretnie jego wcześniejsza wersja Tore Supra, to światowy rekordzista pod względem utrzymania plazmy w tokamaku (6 minut 30 sekund).
      Jedną z alternatyw dla tokamaków są stellaratory. Charakteryzuje je znacznie bardziej skomplikowana budowa, przez co nie wiązano z nimi tak wielkich nadziei jak z tokamakami. Mają jednak liczne zalety, których brak tokamakom. Przykładem stellaratora jest wspomniany tutaj Wendelstein 7-X (W7-X), w który zainwestowała też Polska. Ostatnio informowaliśmy o badaniach, które mogą spowodować, że stellaratory wyjdą z cienia tokamaków i będziemy dysponowali co najmniej dwie rzeczywiście konkurencyjnymi rozwiązaniami reaktora do fuzji jądrowej.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wielka Brytania zawęziła do 5 lokalizacji liczbę możliwych  miejsc, w których zostanie zbudowana prototypowa elektrownia fuzyjna. Spherical Tokamak for Energy  Production (STEP) ma rozpocząć pracę w latach 40. Ostateczna decyzja, co do jego lokalizacji zapadnie do końca 2022 roku.
      Prace nad STEP trwają w Culham Centre for Fusion Energy, która jest własnością UK Atomis Energy Authority. Organizacja ta zarządza obecnie dwoma tokamakami – Mega Amp Spherical Tokamak (MAST-U) oraz Joint European Torus.
      W 2019 roku brytyjski rząd przeznaczył 222 miliony funtów na stworzenie projektu elektrowni fuzyjnej korzystającej z tokamaka. Prace, w których zaangażowanych jest ponad 300 osób, mają zakończyć się w 2024 roku. W ich ramach mają powstać prototypowe części składowe, zostaną przeprowadzone badania materiałow, robotyczne oraz modelowanie komputerowe. Wszystko wskazuje na to, że pandemia nie zakłóciła harmonogramu i w pełni działająca elektrownia fuzyjna rzeczywiści zostanie wybudowana w latach 40.
      Na przełomie 2020 i 2021 roku wybrano do dalszej oceny 15 potencjalnych lokalizacji elektrowni. Obecnie zawężono ten wybór do 5 miejsc, w tym 4 w Anglii i 1 w Szkocji. Ustalenie krótkiej listy lokalizacji to ważny krok naprzód. Pozwoli na długoterminowy rozwój projektu, kieruje go bardziej ku konkretnym rozwiązaniom projektowym i zaowocuje, jak mamy nadzieję, pierwszą na świecie prototypową elektrownią fuzyjną, mówi Paul Methven, dyrektor projektu STEP.
      Methven zapowiada, że w kolejnym etapie prac prowadzone będą rozmowy z lokalnymi społecznościami w wybranych miejscach, by lepiej zrozumieć społeczno-ekonomiczne, komercyjne i technologiczne warunki związane z każdym z nich.
      Brytyjscy specjaliści pracujący nad energetyką fuzyjną pochwalili się niedawno, że dzięki użyciu nowatorskiego diwertora – urządzenia do oczyszczania plazmy – w tokamaku MAST-U udało się aż 10-krotnie zmniejszyć ciepło odpadowe docierające do ścian reaktora.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...