Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Naukowcy obserwują proces, stanowiący wielką przeszkodę w rozwoju fuzji jądrowej

Recommended Posts

Jednym z największych problemów, z jakim stykają się specjaliści pracujący przy fuzji jądrowej, są swobodnie przyspieszające elektrony, które w końcu osiągają prędkości bliskie prędkości światła czyli stają się cząstkami relatywistycznymi. Tak szybkie elektrony uszkadzają tokamak, w których przeprowadzana jest reakcja termojądrowa.

Naukowcy z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) wykorzystali nowatorskie narzędzia diagnostyczne, dzięki którym są w stanie zarejestrować narodziny takich elektronów oraz liniowy i wykładniczy wzrost ich energii. Musimy być w stanie zarejestrować te elektrony przy ich początkowym poziomie energii, a nie dopiero wówczas, gdy mają maksymalną energię i przemieszczają się niemal z prędkością światła, wyjaśnia fizyk Luis Delgado-Aparicio, który stał na czele zespołu badawczego pracującego przy Madison Symmetric Torus (MST) na University of Wisconsin-Madison. Następnym krokiem będzie zoptymalizowanie sposobów na powstrzymanie tych elektronów, zanim ich liczba zacznie się lawinowo zwiększać, dodaje uczony.
Reakcja termojądrowa czyli fuzja jądrowa, zachodzi m.in. w gwiazdach. Gdyby udało się ją opanować, mielibyśmy dostęp do niemal niewyczerpanego źródła czystej i bezpiecznej energii. Zanim jednak to się stanie, konieczne jest pokonanie kilku poważnych przeszkód.

Dlatego też PPPL we współpracy z University of Wisconsin zainstalowało w MST specjalną kamerę, która już wcześniej sprawdziła się w tokamaku Alcator C-Mod w Massachusetts Institute of Technology. Kamera ta rejestruje nie tylko właściwości plazmy, ale również dystrybucję energii w czasie i przestrzeni. To pozwala uczonym obserwować m.in. wspomniane elektrony, które powstają przy niskich energiach.

Badania nad superszybkimi elektronami prowadzone są w MST, gdyż urządzenie to skonstruowane jest tak, że elektrony te nie zagrażają jego pracy. Możliwości, jakimi dysponuje Luis, odnośnie zlokalizowania miejsca narodzin i początkowego liniowego wzrostu energii tych elektronów, a następnie ich śledzenia, są fascynujące. Następnym etapem będzie porównanie uzyskanych wyników z modelami komputerowymi. To pozwoli nam na lepsze zrozumienie tego zjawiska i może prowadzić w przyszłości do opracowania metod zapobiegających tworzeniu się takich elektronów, mówi profesor Carey Forest z University of Wisconsin.

Chciałbym zebrać wszystkie doświadczenia, jakich nabyliśmy podczas pracy z MST i zastosować je w dużym tokamaku, stwierdza Delgado-Aparicio. Niewykluczone, że już wkrótce dwaj doktorzy, których mentorem jest Delgado-Aparicio, będą mogli wykorzystać te doświadczenia w Tungsten Einvironment in Steady-state Tokamak (WEST) we Francji. Chcę razem z nimi wykorzystać kamery do rejestrowania wielu różnych rzeczy, takich jak transport cząstek, ogrzewanie falami radiowymi, badanie szybkich elektronów. Chcemy dowiedzieć się, jak spowodować, by elektrony te stały się mniej szkodliwe. A to może być bardzo bezpieczny sposób pracy z nimi.

Z Delgado-Aparicio współpracuje kilkudziesięciu specjalistów, w tym naukowcy Uniwersytetu Tokijskiego, japońskich Narodowych Instytutów Badań i Technologii Kwantowych i Radiologicznych czy eksperci ze szwajcarskiej firmy Dectris, która wytwarza różnego typu czujniki.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

To są wieści, które mają realne przełożenie na przyszłość ludzkości. I powinny być prezentowane na pierwszych stronach gazet. A nie np. wyniki sportowe.

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

  • Similar Content

    • 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
      Wiele ludzkich działań niesie ze sobą zewnętrzne koszty społeczne, środowiskowe czy zdrowotne. Gdy np. jedziemy samochodem, musimy zapłacić za paliwo, jednak cena paliwa nie uwzględnia kosztu zanieczyszczenia środowiska czy negatywnego wpływu spalin na ludzkie zdrowie. Naukowcy z brytyjskiego University of Sussex i koreańskiego Hanyang University podjęli się globalnego oszacowania kosztów zewnętrznych związanych z działalnością sektora transportowego i energetycznego. Okazało się, że koszty te wynoszą ponad 1/4 światowego produktu brutto.
      Z analizy przeprowadzonej przez profesorów Benjamina K. Sovacoola i Jinsoo Kima, wynika, że zewnętrzne koszty społeczne, zdrowotne i środowiskowe obu wspomnianych sektorów to 24,662 biliony USD, czyli około 29% światowego produktu brutto.
      Badania opublikowane na łamach pisma Energy Research & Social Science wykazały, że gdyby uwzględnić wszystkie koszty powodowane przez wykorzystywanie węgla – takie jak zmiana klimatu, zanieczyszczenie powietrza czy degradacja gleb – to cena węgla powinna być ponaddwukrotnie wyższa, niż jest obecnie.
      Autorzy badań podkreślają, że obecny system energetyczny nie sprawdza się pod względem rynkowym. Gdyby bowiem uwzględnić rzeczywiste koszty produkcji energii, to okazałoby się, że nieuwzględniane koszty są niemal równe obecnym kosztom produkcji, przez co wiele elektrowni węglowych i atomowych byłoby nieopłacalnych. Naukowcy przypominają przy tym, że również systemy produkcji energii odnawialnej niosą ze sobą koszty zewnętrzne.
      Podczas badań zidentyfikowaliśmy olbrzymie koszty zewnętrzne, które niemal nigdy nie są uwzględniane w rzeczywistych wydatkach związanych z jazdą samochodem czy użytkowaniem elektrowni węglowej. Uwzględnienie tych kosztów doprowadziłoby do radykalnej zmiany szacunków ekonomicznych i portfolio zasobów, na których polegają dostawcy energii, mówi profesor Sovacool.
      To nie jest tak, że społeczeństwo nie płaci tych kosztów. Po prostu koszty te nie są uwzględniane w cenie energii. I, niestety, te koszty zewnętrzne nie są ponoszone ani równo, ani uczciwie. Najbardziej poszkodowani są ci najsłabiej reprezentowani na rynku. To na przykład ludzie żyjący na obszarach o najbardziej zanieczyszczonym powietrzu, glebie i wodzie, których nie stać na przeprowadzkę w inne regiony czy mieszkańcy wysp ledwie wystających nad poziom morza, jak Vanuatu czy Malediwy, którzy już teraz są zagrożeni przez wzrost poziomu wód oceanicznych.
      Profesor Jinsoo Kim dodaje, że badania jasno pokazują, iż ropa naftowa, węgiel i związane z nimi odpady generują znacznie więcej kosztów w portfolio firm energetycznych niż inne metody produkcji energii. Gdyby prawdziwe koszty wykorzystywania paliw kopalnych były uwzględniane, to wielkie ponadnarodowe koncerny energetyczne, które dominują na światowym rynku, przynosiłyby olbrzymie straty. Jednak zamiast tego rachunek wystawiany jest społeczeństwom, które ponoszą te koszty.
      Na potrzeby swoich badań uczeni wykonali metaanalizę i syntezę 139 badań naukowych, w których dokonano w sumie 704 szacunków kosztów zewnętrznych. Były to 83 badania dotyczące dostarczania energii, 13 badań nad efektywnością energetyczną i 43 badania nad transportem.
      Z przeprowadzonej analizy wynika, że największe koszty zewnętrzne niesie ze sobą produkcja energii z węgla. Wynoszą one aż 14,5 centa na kWh, podczas gdy średni koszt produkcji energii z węgla w czasie całego okres działania elektrowni węglowej wynosi od 6,6 do 15,2 centa/kWh. Drugim pod względem wysokości kosztów zewnętrznych rodzajem pozyskiwania energii jest jej produkcja z gazu ziemnego. Tam koszty zewnętrzne to 3,5 centa/kWh, przy koszcie produkcji wynoszącym 4,4–6,8 centa/kWh.
      To poważne wyzwanie dla polityków, urzędników i planistów, by spowodować, żeby rynki transportowy i energetyczny funkcjonowały ja należy i uwzględniały w cenach swoich produktów biliony dolarów kosztów zewnętrznych, które obecnie przerzucają na społeczeństwo. Obecnie konsumenci są odseparowani od rzeczywistych kosztów pozyskiwania, transportu i przetwarzania surowców energetycznych oraz pozyskiwania z nich energii. A to oznacza, że kolosalny koszt społeczny i ekologiczny takich działań jest trudniej zauważyć. Zasadnicze pytanie brzmi, czy chcemy globalnych rynków, które manipulują kosztami zewnętrznymi dla własnych korzyści, czy też wolimy politykę, która wymusi na nich zinternalizowanie tych kosztów – stwierdza Sovacool.
      Autorzy badań zwracają uwagę, że w wielu pakietach pomocowych, które mają rozruszać gospodarkę po pandemii uwzględniono olbrzymie kwoty dla przemysłu paliw kopalnych, motoryzacyjnego czy lotniczego. Jednak długotrwałe ożywienie gospodarcze może się nie udać, jeśli sektory te nie będą ponosiły całości kosztów, jakie są związane z ich działalnością, dodaje profesor Kim.

      « 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
      Większość przedsiębiorstw działających na rynku energii fuzyjnej przewiduje, że pierwszy prąd z elektrowni termojądrowych trafi do sieci już w latach 30. obecnego stulecia. Tak wynika z pierwszego raportu na temat światowego stanu energetyki fuzyjnej. Został on opublikowany przez Fusion Industry Association (FIA) oraz UK Atomic Energy Authority (UKAEA).
      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 niedawno profesor Maria Zuber, wiceprezydent MIT ds. badawczych. Informowaliśmy wówczas o przełomie dokonanym na MIT i możliwości pojawienia się za 4 lata reaktora, który wytworzy energię netto.
      Obecnie na całym świecie istnieje co najmniej 35 firm działających na rynku fuzji jądrowej. Większość z nich to przedsiębiorstwa z USA i Europy. Dwanaście z tych 35 firm zadeklarowało, że dopiero rozpoczyna działalność lub też woli nie ujawniać swojego istnienia, zatem nie zostały uwzględnione w raporcie. Z pozostałych 23 firm kolejny tuzin działa nie dłużej niż 5 lat. Wśród 23 uwzględnionych w raporcie firm w USA działa 13, a w Europie 7, czego 5 w Wielkiej Brytanii.
      Z raportu The Global Fusion Industry in 2021 dowidujemy się, że prywatne przedsiębiorstwa zajmujące się fuzją termojądrową otrzymały od lat 90. finansowanie w wysokości ponad 1 miliarda 872 milionów USD, z czego 1,786 miliarda pochodziło ze źródeł prywatnych, a 85 milionów ze dotacji rządowych. W przedsiębiorstwa te inwestują m.in. Bezos Expeditions, Breakthrough Energy Ventures, Capricorn Investment Group, Chevron Technology Ventures, Google, Eni, Wellcome Trust czy Oxford Sciences Innovation.
      Nie każde z badanych przedsiębiorstw przyznało, jakie finansowanie otrzymało. Informacji takiej udzieliło 18 firm.
      Najwięcej pieniędzy, bo aż 85% całego finansowania, trafiło do 4 największych graczy na tym rynku. Są to Commonwealth Fusion Systems (USA, powstało w 2018 r.), General Fusion (Kanada, 2002 r.), , TAE Technologies (USA, 1998 r.) oraz Tokamak Energy (Wielka Brytania, 2009 r.).
      Głównym celem firm pracujących nad fuzją jądrową jest produkcja energii elektrycznej, jednak niemal połowa takich przedsiębiorstw planuje też wykorzystanie tej technologii jako napędu pojazdów kosmicznych, napędu statków i okrętów, pozyskiwania wodoru i dostarczania ciepła na potrzeby przemysłu.
      Przedsiębiorstwa z rynku fuzyjnego zatrudniają przede wszystkim inżynierów, którzy stanowią 51% ich załóg. Kolejnych 26% pracowników to naukowcy. Najpopularniejszymi rozwijanymi technologiami są magnetyczne uwięzienie plazmy, nad którym pracuje 13 z 23 ankietowanych przedsiębiorstw oraz magnetyczno-inercyjne uwięzienie plazmy (5 przedsiębiorstw).
      Najbardziej interesująca zaś była odpowiedź na pytanie, kiedy po raz pierwszy, gdzieś na świecie do sieci trafi prąd z elektrowni termojądrowej. Aż 17 przedsiębiorstw odpowiedziało, że stanie się to w przyszłej dekadzie. Z kolei 11 uważa, że w przyszłej dekadzie fuzja zostanie po raz pierwszy wykorzystana w roli napędu w przestrzeni kosmicznej.
      Największym i najbardziej znanym projektem związanym z fuzją jądrową jest budowany we Francji międzynarodowy reaktor ITER, który ma rozpocząć pracę jeszcze przed końcem dekady. Będzie to jednak reaktor eksperymentalny, który nie będzie wytwarzał energii netto. Innymi słowy, pochłonie więcej energii niż wytworzy. Podobnym projektem jest brytyjski STEP. Ma on ruszyć w latach 40. To zaś pokazuje, że firmy prywatne, chociaż ze znacznie mniejszym rozgłosem, planują zastosowanie fuzji jądrowej w praktyce znacznie szybciej, niż organizacje rządowe. Jednak będą to robiły na znacznie mniejszą skalę.
      Nasz raport pokazuje, że prywatny rynek fuzji jądrowej, bez rozgłosu, szybko przybliża nas do chwili rozpoczęcia komercyjnego dostarczania energii z reaktorów termojądrowych, mówi Melanie Windridge z FIA. Jej zdaniem pierwsze prywatne reaktory termojądrowe zaczną działać w latach 30., a w kolejnej dekadzie dostarczą energię na zasadach komercyjnych.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...