Rozpoczęto montaż reaktora termojądrowego, tokamaka ITER
By
KopalniaWiedzy.pl, in Technologia
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Rozpoczęcie fuzji jądrowej jest bardzo trudne. Wymaga ono zastosowania wielkich sił, które wymuszą na jądrach lekkich pierwiastków, jak np. wodór i hel, by się połączyły. Na Ziemi potrzebujemy do tego olbrzymich i kosztownych urządzeń. Badacze z NASA zaprezentowali właśnie metodę rozpoczęcia fuzji bez potrzeby budowy tokamaka czy stellaratora. Opracowana przez nich technika może stać się potencjalnym źródłem energii dla przyszłych misji w głębokim kosmosie.
Metoda, nazwana fuzją w sieci krystalicznej, została opisana na łamach Physical Review C. Eksperci wykorzystali erb i tytan. Pod dużym ciśnieniem wprowadzili doń deuter. Metal zatrzymuje go do czasu, aż pierwiastek będzie potrzebny do przeprowadzenia fuzji.
Podczas ładowania deuterem, sieć krystaliczna metalu pęka, by zrobić miejsce na deuter, wyjaśnia Theresa Benyo, fizyk analityczna, która stoi na czele zespołu badawczego. Otrzymujemy rodzaj proszku. Tak przygotowany metal jest gotowy do przeprowadzenia następnego kroku – pokonania bariery kulombowskiej, czyli sił elektrostatycznych uniemożliwiających jądrom deuteru, deuteronom, zbliżenie się do siebie.
Aby do tego doszło konieczna jest specyficzna sekwencja zderzeń cząstek. W akceleratorze elektrony uderzają w barierę z wolframu. Powstają wysokoenergetyczne fotony które są kierowane w stronę próbki naładowanej deuterem. Gdy foton trafia w deuteron, ten zostaje podzielony na proton i neutron. Neutron uderza zaś w kolejny deuteron, przyspieszając go. W wyniku tego procesu mamy więc deuteron, który porusza się na tyle szybko, by pokonać barierę kulombowską i połączyć z innym deuteronem.
Kluczem do sukcesu jest tutaj zjawisko ekranowania elektronów. Nawet bardzo energetyczne deuterony mogą nie być w stanie pokonać bariery kulombowskiej i do fuzji nie dojdzie. Tutaj z pomocą przychodzi sieć krystaliczna metalu. Elektrony w sieci krystalicznej tworzą rodzaj ekranu wokół stacjonarnego deuteronu, mówi Benyo. Ujemny ładunek elektronów powoduje, że otoczony przez nie deuteron (o ładunku dodatnim) jest chroniony przez odpychaniem przez drugi deuteron (również o ładunku dodatnim), dopóki oba jądra nie znajdą się bardzo blisko. Dzięki temu do fuzji może dojść.
Naukowcy z NASA dowiedli nie tylko możliwości przeprowadzenia w ten sposób fuzji atomów deuteru, ale zaobserwowali też proces Oppenheimera-Philipsa. To rodzaj reakcji jądrowej indukowanej deuteronem. Czasem, zamiast połączyć się z innym deuteronem, jądro deuteru zderza się z atomem w sieci krystalicznej albo tworząc izotop, ale zmieniając atom w inny pierwiastek. Okazało się, że w wyniku tej reakcji również powstaje energia, którą można wykorzystać.
Nie uzyskaliśmy zimnej fuzji, podkreśla fizyk Lawrence Forsley. To, co udało się uzyskać, jest gorącą fuzją, ale przeprowadzoną w inny niż dotychczas sposób.
Fuzja w sieci krystalicznej zachodzi początkowo w niższej temperaturze i przy niższym ciśnieniu niż w tokamaku, stwierdza Benyo. Uczona mówi, że gdy po przeprowadzeniu eksperymentu próbka była bardzo gorąca. Jej temperatura częściowo pochodzi z samej fuzji, a częściowo od wysokoenergetycznych fotonów.
Przed ekspertami z NASA jeszcze wiele pracy. Po tym, jak dowiedli, że można w ten sposób przeprowadzać fuzję, muszą udoskonalić cały proces tak, by był on bardziej wydajny i by zachodziło więcej reakcji. Gdy łączą się dwa deuterony powstaje albo proton i tryt albo hel-3 i neutron. W tym drugim przypadku neutron może uderzyć w inny deuteron, rozpędzić go i podtrzymać reakcję. Naukowcy pracują na tym, by uzyskać bardziej przewidywalną i podtrzymującą się reakcję.
Benyo mówi, że ostatecznym celem jej zespołu jest stworzenie systemu do zasilania pojazdów kosmicznych za pomocą fuzji w strukturze krystalicznej. Taki system przydałby się tam, gdzie np. nie można korzystać z energii słonecznej. A to, co można wykorzystać w kosmosie może też być wykorzystane na Ziemi.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Fińskie, norweskie i szwedzkie służby poinformowały o wykryciu nieco zwiększonego poziomu radioaktywności w atmosferze. Zdaniem holenderskich urzędników źródło skażenia może znajdować się w północnej Rosji i może być nim paliwo z elektrowni jądrowej. Rosyjska agencja TASS cytuje tymczasem rzecznika Rosenergoatomu, który twierdzi, że ani w położonej koło St. Petersburga elektrowni Leningrad, ani w elektrowni Kola koło Murmańska nie doszło do wycieku.
Skażenie jest niewielkie i nie zagraża zdrowiu ludzi. Ani Szwedzi, ani Finowie, ani Norwedzy nie wskazują na możliwe źródło. Oświadczenie o możliwym źródle w Rosji wydał holenderski Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego i Środowiska Naturalnego.
Radionuklidy są sztucznego pochodzenia to znaczy wykonane przez człowieka. Ich skład może wskazywać uszkodzenie elementu paliwowego w elektrowni atomowej, czytamy w oświadczeniu. Podkreślono w nim, że ze względu na zbyt małą ilość danych, nie można określić dokładnej lokalizacji źródła skażenia.
Obie elektrownie pracują normalnie. Nie przekazano nam sygnałów o problemach. Nie zostaliśmy powiadomieni o żadnym wypadku związanym z uwolnieniem się materiału radioaktywnego, zapewnia cytowany przez TASS anonimowy rzecznik Rosenergoatomu.
Przypomnijmy, że do podobnego skażenia doszło przed dwoma laty. Także wówczas Rosjanie zaprzeczali.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Amerykański Departament Energii (DOE), chcąc ożywić sektor energetyki jądrowej, rozpoczął Advanced Reactor Demonstrating Program. W jego ramach ma zamiar wybrać dwa nowe prototypowe reaktory atomowe oraz wspomóc ich budowę. Reaktory mają powstać w ciągu 7 lat.
W bieżącym roku podatkowym program pochłonie 230 milionów USD. Każdy z reaktorów zostanie w połowie sfinansowany przez DOE, a w połowie przez prywatnego partnera. Maksymalna kwota, jaką Departament przeznaczy na każdy z reaktorów została określona na 4 miliardy dolarów.
To może zupełnie zmienić reguły gry. Najwyższy czas, by przejść z fazy projektowania do fazy budowania reaktorów, mówi Jacopo Boungiorno, inżynier z MIT. Jednym z takich reaktorów może być zaprojektowany przez Terrestrial Energy USA reaktor chłodzony płynnymi solami.
Jednak nawet niektórzy ze zwolenników energetyki atomowej wątpią, czy program DOE spowoduje, że zaczną powstawać komercyjne reaktory atomowe. Problemem jest konkurencja cenowa ze strony energii pozyskiwanej z gazu oraz źródeł odnawialnych. Nowe reaktory nie są w stanie konkurować z energetyką odnawialną. Na pewno nie w tej chwili, mówi Rober Rosner, fizyk z University of Chicago.
Obecnie reaktory atomowe zapewniają USA 20% zapotrzebowania na energię elektryczną i produkują 50% energii ze źródeł nie emitujących węgla. Jednak sektor energetyki jądrowej od lat przeżywa w USA problemy. Obecnie w Stanach Zjednoczonych pracuje 96 reaktorów. Na początku lat 90. było ich 113. Planuje się zamknięcie wielu reaktorów i prawdopodobnie udział energetyki jądrowej w produkcji energii elektrycznej w USA będzie spadał. O problemach tych pisaliśmy niejednokrotnie. Mimo tego pojawiają się projekty reaktorów, które mają być bardziej wydajne i bezpieczne.
Administracja prezydenta Trumpa chce tchnąć nowe życie w energetykę jądrową. W kwietniu DOE ogłosił, że ma zamiar zwiększyć wydobycie uranu i stworzy narodowe rezerwy tego pierwiastka.
W ramach Advanced Reactor Demonstrating Program DOE współpracuje też z firmami, które dopiero rozwijają swoje koncepcje. Jedną z nich jest NuScale, pracujące nad małymi modułowymi reaktorami, które można by produkować w fabrykach. Departament ma zamiar stworzyć inkubator pomysłów nowatorskich projektów reaktorów.
Jak mówi Buongiorno, nowe projekty reaktorów skupiają się na urządzeniach mniejszych niż tradycyjne reaktory o mocy liczonej w gigawatach. Obecnie wykorzystywany standardowy reaktor wykorzystuje uran-235 wzbogacony do 3-5 procent. Nowe projekty, wykorzystujące w roli chłodziwa np. stopione sole, mają korzystać z paliwa wzbogaconego do 20%, co powinno uczynić je bardziej wydajnymi.
Plany DOE zostały skrytykowane jako nierealistyczne. Fizyk z kanadyjskiego University of British Columbia, M. V. Ramana mówi, że niezwykle trudno będzie wybrać najbardziej obiecujące projekty. Będą porównywać jabłka z pomarańczami, gruszkami, śliwkami, ze wszystkim, stwierdza. Jego zdaniem nierealistyczny jest też 7-letni horyzont budowy nowych reaktorów tym bardziej, że DOE chce, by reaktory uzyskały licencję Nuclear Regulatory Commission, co zwykle zajmuje kilka lat. Absurdem jest myśl, że dadzą radę to zrobić", mówi uczony.
Optymistą jest za to Buongiorno, który zauważa, że jako iż wspomniane dwa reaktory mają być budowane na terenie Idaho National Laboratory, to mogą jednocześnie być budowane i starać się o licencję NRL. Od 1949 roku w INL zbudowano 52 różne eksperymentalne reaktory.
Ramana wątpi jednak, czy amerykański przemysł energetyki jądrowej da się uratować. Wciąż pozostają takie problemy jak stosunek opinii publicznej do energetyki jądrowej czy problem ze składowaniem odpadów. Jednak największa przeszkoda to olbrzymie koszty. Budowa nowego reaktora może pochłonąć ponad 7 miliardów dolarów. Na wolnym rynku firmy nie są w stanie ponosić tak olbrzymich kosztów kapitałowych. Dlatego też Ramana uważa, że źródła odnawialne mogą ostatecznie zastąpić energetykę jądrową. To schyłkowy przemysł. Im szybciej się to przyzna, tym lepiej, dodaje uczony.
Inni specjaliści twierdzą jednak, że koszty odnawialnych źródeł energii będą rosły, źródła te nie są w stanie zapewniać energii w sposób ciągły i kontrolowany, z czasem energetyka jądrowa może stać się od nich tańsza. Jeśli do roku 2030 Stany Zjednoczone będą miały duży wybór zaawansowanych nowoczesnych projektów, to warto będzie w nie zainwestować, gdyż będziemy potrzebowali tych reaktorów, twierdzi Rosner. Aby jednak działanie takie było możliwe, konieczne jest podtrzymanie zdolności do budowy i eksploatacji nowych reaktorów.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
W Sandia National Laboratories powstało urządzenie, które generuje użyteczne ilości energii elektrycznej ze źródeł ciepła o umiarkowanej temperaturze. Może ono znaleźć zastosowanie w elektrowniach atomowych, sondach kosmicznych czy fabrykach chemicznych, gdzie pozwoli na odzyskanie sporej części marnowanej dotychczas energii.
Nowe urządzenie generuje 27–67 µW/cm2 ze źródeł ciepła o temperaturze 250–400 stopni Celsjusza.
Standardowe urządzenia fotowoltaiczne dobrze działają we współpracy ze światłem w zakresie widzialnym. Takim, jak wytwarzane przez Słońce, którego temperatura efektywna (temperatura ciała doskonale czarnego) wynosi ok. 5500 stopni Celsjusza. Tymczasem obiekty o temperaturze 100–400 stopni Celsjusza emitują głównie promieniowanie podczerwone w zakresie 7–12 µm. W temperaturze tej przebiega wiele procesów przemysłowych i promieniowanie to jest marnowane. Wykorzystanie nawet niewielkiej jego części przyniosłoby olbrzymie korzyści.
Problem w tym, że gdy energia fotonów spada i zbliża się do energii termicznej konwertera, standardowa fotowoltaika staje się coraz bardziej nieefektywna. Dlatego Paul Davids, który stał na czele grupy badawczej z Sandia Labs, postanowił poszukać alternatywnej metody wykorzystania energii z chłodniejszych źródeł.
W naszym urządzeniu fotoprąd wytwarzany przez parę elektron-dziura pochodzi nie z absorpcji fotonu – jak ma to miejsce w standardowej fotowoltaice – ale z tunelowania, wyjaśnia uczony.
Tunelowanie odbywa się w specjalnej barierze zbudowanej z warstwy dwutlenku krzemu o grubości 3–4 nm. To rodzaj jednokierunkowej autostrady oddzielającej elektrony od dziur, umożliwiającej efektywną konwersję promieniowania podczerwonego w prąd elektryczny.
Urządzenie opracowane przez zespół Davidsa może być produkowane w standardowej technologii CMOS, co oznacza, że już teraz można je masowo wytwarzać w fabrykach. Jego twórcy mówią, że w najbliższym czasie chcieliby wykorzystać je sondach pracujących w odległych miejscach Układu Słonecznego, gdzie do zasilania nie można użyć energii Słońca, gdyż pojazd znajduje się zbyt daleko od niego. Nowe urządzenie może być też podstawowym lub uzupełniającym źródeł energii w standardowych systemach termoelektrycznych.
Inny obszar zastosowania to chmury obliczeniowe, które emitują olbrzymie ilości ciepła. Jeśli będziemy w stanie odzyskać część energii z tego ciepła, to poprawimy efektywność energetyczną tego szybko rosnącego rynku konsumpcji energii, mówi Davids.
W tej chwili naukowcy pracują nad zwiększeniem efektywności swojego urządzenia i uproszczeniem procesu jego produkcji. Dzięki temu możliwe będzie zastosowanie go na wielu innych obszarach. Ponadto ostatnie dokonania naukowe na polu pasywnego chłodzenia fotonicznego i źródeł światła w połączeniu z naszą technologią może otworzyć całkowicie nowe obszary zastosowań dla produkcji i odzyskiwania energii, cieszy się Davids.
Szczegółowy opis urządzenia znajdziemy w piśmie Science.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Chińskie konsorcjum zdobyło zamówienie na budowę TAC-1, głównego elementu tokamaka ITER. Wspomniane konsorcjum tworzą Instytut Fizyki Plazmy, Instytuty Hefei Nauk Fizycznych, Chińska Inżynieria Energetyki Jądrowej, China Nuclear Industry 23 Construction, Południowozachodni Instytut Fizyki oraz Framatom. Na jego czele stoi Luo Delong, dyrektor generalny Centrum Wykonawczego Chińskiego Międzynarodowego Programu Energii Fuzyjnej.
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor Project) to jeden z najbardziej ambitnych projektów mających na celu stworzenie reaktora fuzyjnego. Jego głównym zadaniem jest budowa wielkiego tokamaka, w którym będą zachodziły procesy podobne do tych, jakie zachodzą na Słońcu. Ma być to szansa na stworzenie niewyczerpanego źródła czystej energii.
W prace nad ITER zaangażowanych jest 35 krajów, a siedmiu członków tworzących ITER to Chiny, UE, Indie, Japonia, Korea Południowa, Rosja i USA. TAC-1, na wykonanie którego kontrakt zdobyli Chińczycy to główna część tokamaka. Składa się ona z siedmiu innych części, w tym systemów magnesów, układów diagnostycznych czy osłony.
Chiński Instytut Fizyki Plazmy (ASIPP) posiada już własny niewielki tokamak, który służy badaniom nad fuzją jądrową. Doświadczenie zdobyte przez chińskich naukowców i inżynierów zapewniło im przewagę nad konkurencją i było jedym z czynników, które zdecydowały o przyznaniu im kontraktu na TAC-1.
Przedstawiciele ASIPP przyznają, że to największy kontrakt w historii ich instytucji. Wcześniej prowadzili prace m.in. w rosyjskim tokamaku NICA (Nuclotron-based Ion Collider Facility), niemieckim ASDEX Upgrade (Axially Symmetric Divertor Experimebnt) oraz francuskim WEST (W Environment in Steady-state Tokamak).
« powrót do artykułu
-