Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

MIT ogłasza przełom. Za 4 lata może powstać pierwszy reaktor fuzyjny, który wytworzy energię netto

Recommended Posts

Po trzech latach pracy inżynierom z MIT udało się zwiększyć moc wysokotemperaturowego nadprzewodzącego elektromagnesu dla reaktorów fuzyjnych do rekordowych 20 tesli. Tym samym stworzyli najpotężniejszy magnes tego typu. Osiągnięcie to pozwoli na zbudowanie pierwszej elektrowni fuzyjnej, zdolnej do wygenerowania większej ilości energii niż sama pobiera.

Przed zaledwie 3 miesiącami informowaliśmy, że po dziesięciu latach prac projektowych i produkcyjnych firma General Atomics jest gotowa do dostarczenia pierwszego modułu Central Solenoid, jednego z najpotężniejszych magnesów na świecie. Będzie on centralnym elementem reaktora fuzyjnego ITER. Central Solenoid to główny wkład USA w tę instalację. Będzie on generował pole magnetyczne o mocy 13 tesli, czyli 280 000 razy większe od ziemskiego pola magnetycznego. Magnes z MIT generuje pole magnetyczne silniejsze o 50%.

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, mówi profesor Maria Zuber, wiceprezydent MIT ds. badawczych.

Osiągnięcie naukowców z MIT daje nadzieję na uzyskanie w laboratorium zysku energetycznego netto drogą fuzji jądrowej. To zaś znakomicie ułatwi i przyspieszy prace nad tą technologią. Teraz, gdy udało się przeprowadzić udane testy tak potężnego magnesu dla reaktorów fuzyjnych konsorcjum MIT-CMS będzie chciało wybudować pierwszą na świecie demonstracyjną elektrownię fuzyjną, zwaną SPARC, uzyskującą dodatni bilans energetyczny. Wspomniany magnes to krok milowy na drodze do jej budowy. Dzięki niemu jest szansa, że SPARC powstanie już za 4 lata.

CFS (Commonwealth Fusion Systems) to firma założona w 2018 roku w Plasma Science and Fusion Center na MIT. Jest finansowana m.in. przez włoski koncern ENI, założoną przez Billa Gatesa Breakthrough Energy Ventures  czy singapurską Temasek. Firma współpracuje z Departamentem Energii, MIT oraz Princeton Plasma Physics Laboratory, a jej celem jest wybudowanie kompaktowej elektrowni fuzyjnej opartej na stworzonej na MIT koncepcji tokamaka ARC.

Żeby zrozumieć, po co w reaktorach fuzyjnych tak potężne magnesy, trzeba wiedzieć, że do zaistnienia fuzji jądrowej potrzebne są olbrzymie temperatury, sięgające 100 milionów stopni Celsjusza i więcej. Takich temperatur nie wytrzyma żadne ciało stałe. Dlatego też plazmę, w której będzie zachodziła fuzja, trzeba utrzymać z dala od ścian reaktora. Można to zrobić za pomocą silnego pola magnetycznego. I właśnie temu – zawieszeniu plazmy w przestrzeni – służą potężne elektromagnesy.

Główna innowacja projektu ARC polega na wykorzystaniu wysokotemperaturowych nadprzewodników, które pozwalają na uzyskanie znacznie silniejszego pola magnetycznego w mniejszej przestrzeni. Materiały pozwalające na stworzenie takiego magnesu pojawiły się na rynku dopiero kilka lat temu. Koncepcja ARC powstała w 2015 roku. Demonstracyjny reaktor SPARC ma być o połowę mniejszy niż pełnowymiarowy ARC i ma posłużyć do przetestowania projektu.

Prace nad fuzją jądrową trwają na MIT od dawna. W ubiegłym roku pojawiło się kilka artykułów naukowych, których autorzy donosili, że jeśli uda się wyprodukować takie magnesy, jak założono, to reaktory typu ARC rzeczywiście powinny wytwarzać więcej energii niż zużyją.

Nasz projekt wykorzystuje standardową fizykę plazmy oraz projekt i założenia inżynieryjne konwencjonalnego tokamaka, ale łączy je z nową technologią wytwarzania magnesów. Zatem nie potrzebowaliśmy innowacji na kilku polach. Naszym celem było stworzenie odpowiedniego magnesu, a następnie zastosowanie w praktyce tego, czego nauczyliśmy się w ciągu ostatnich kilku dekad, mówi Martin Greenwald z Plasma Science and Fusion Center.

To wielka chwila, dodaje Bob Mumgaard, dyrektor wykonawczy CFS. Dysponujemy teraz platformą, która dzięki dziesięcioleciom badań nad tego typu rozwiązaniami jest bardzo zaawansowana z naukowego punktu widzenia i jednocześnie bardzo interesująca z komercyjnego punktu widzenia. To pozwoli nam szybciej budować mniejsze i tańsze reaktory. Trzy lata temu ogłosiliśmy, że zamierzamy zbudować magnes o mocy 20 tesli, który będzie potrzebny do przyszłych reaktorów fuzyjnych. Osiągnęliśmy nasz cel bez żadnych opóźnień, dodaje.

 


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 godzin temu, KopalniaWiedzy.pl napisał:

Żeby zrozumieć, po co w reaktorach fuzyjnych tak potężne magnesy, trzeba wiedzieć, że do zaistnienia fuzji jądrowej potrzebne są olbrzymie temperatury, sięgające 100 milionów stopni Celsjusza i więcej. Takich temperatur nie wytrzyma żadne ciało stałe. Dlatego też plazmę, w której będzie zachodziła fuzja, trzeba utrzymać z dala od ścian reaktora. Można to zrobić za pomocą silnego pola magnetycznego. I właśnie temu – zawieszeniu plazmy w przestrzeni – służą potężne elektromagnesy.

hm... czyli taki reaktor zawieszony w przestrzeni kosmicznej już by takich silnych magnesów nie potrzebował? Czy jednak chodzi o co innego.

I drugie trochę żartem.
Jak ja bym nie miał tak silnych magnesów i chciał aby materiał nie dotykał ścianek, to bym zrobił całą maszynę bardzo wysoką (lub głęboką)  i materiał  by po prostu spadał(nie wiem jaka to szybka reakcja), bez dotykania ścianek.


 

Share this post


Link to post
Share on other sites
11 minut temu, Afordancja napisał:

czyli taki reaktor zawieszony w przestrzeni kosmicznej już by takich silnych magnesów nie potrzebował?

Potrzebowałby takich samych. Cząsteczki powietrza w Twoim pokoju nie leżą chyba na podłodze... Cały czas zderzają się ze ścianami, podłogą i sufitem. Stąd właśnie ciśnienie (mam nadzieję, że ta "analogia" pomoże ;)).

  • Haha 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
23 minuty temu, Astro napisał:

Potrzebowałby takich samych. Cząsteczki powietrza w Twoim pokoju nie leżą chyba na podłodze... Cały czas zderzają się ze ścianami, podłogą i sufitem. Stąd właśnie ciśnienie (mam nadzieję, że ta "analogia" pomoże ;)).

hm...nie napisałem, ze w ogóle by nie potrzebowali, tylko zastanawiam się czy nie potrzebowaliby słabszych. Aczkolwiek rozumiem, że tam panują wysokie ciśnienia i grawitacja jest nic nie znaczącym w tym aspekcie czynnikiem.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No właśnie ciśnienia nie są wcale takie duże, bo gęstości przy tych temperaturach raczej małe. Zwyczajnie cząstki plazmy poruszają się jak cząsteczki powietrza*, tyle że znacznie szybciej.

Przykładowy link z KW.

* czyli "chaotycznie", a zdecydowanie nie chcemy, żeby jednak docierały do ścian, sufitu i podłogi. ;)

Edited by Astro
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
2 godziny temu, Astro napisał:

No właśnie ciśnienia nie są wcale takie duże, bo gęstości przy tych temperaturach raczej małe. Zwyczajnie cząstki plazmy poruszają się jak cząsteczki powietrza*, tyle że znacznie szybciej.

Przykładowy link z KW.

* czyli "chaotycznie", a zdecydowanie nie chcemy, żeby jednak docierały do ścian, sufitu i podłogi.

A to mnie zaskoczyłeś, spodziewałem się, że jest gorzej. Przyznaje się bez bicia, że nie zgłębiałem tematu.
Muszę poczytać o tym, bo prawdę mówiąc nawet nie wiem jakie to są masy.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Mówi się, że fuzja dostarczy "nieograniczoną" ilość CZYSTEJ energii elektrvcznej. Tak może i by było, ale gdyby sprawność takiej elektrowni była np. 80-90%. Przy sprawności 20% taka elektrownia była by gigantycznym źródłem ciepła. Polska potrzebuje ok. 20GW mocy, przy sprawności 20% 100GW trzeba by zamieć na ciepło. W perspektywie zapotrzebowanie wzrośnie kilkakrotnie, skutek byłby taki, że ogrzalibyśmy pospołu Bałtyk . Komercyjna fuzja to nadal obszar baśni z mchu i paproci, a bajka ta ciągnie się już ze 40lat, podczas których jesteśmy "tylko o krok od sukcesu".

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 hours ago, Astro said:

Potrzebowałby takich samych. Cząsteczki powietrza w Twoim pokoju nie leżą chyba na podłodze...

Czasami, jak się kładę spać, to myślę czy nie odnaleźli mnie już ci, którym nie sprzyjam, to jest anty-szczepy lub bojówki Radia Maryja i czy we śnie nie zdarzy się sytuacja taka, że całe powietrze w pokoju będzie po drugiej stronie poduszki :) Z punktu widzenia entropii jest to skrajnie mało prawdopodobne, ale niejeden nicpoń gotowy szczęściu pomóc :)

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
12 godzin temu, Afordancja napisał:

nawet nie wiem jakie to są masy.

Niewielkie:

Cytat

The reactor will have a capacity of approximately 1000 m3. A tiny amount of fuel, about half a gram, will be needed to run the reactor. For comparison there is about 10 times more matter inside an inflated balloon.

https://www.igi.cnr.it/en/research/magnetic-confinement-research-in-padova/tokamak-physics/

Polecam parę faktów dotyczących ITER: https://www.iter.org/factsfigures

11 godzin temu, cyjanobakteria napisał:

Z punktu widzenia entropii jest to skrajnie mało prawdopodobne, ale niejeden nicpoń gotowy szczęściu pomóc

Przy takiej pomocy nie jest to już cud termodynamiczny. ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites
13 godzin temu, nurek napisał:

Przy sprawności 20% taka elektrownia była by gigantycznym źródłem ciepła.

I dobrze. Nie wiem na ile energetyka termojądrowa się nadaje do kogeneracji i abstrahując od poprawności tych liczb, to ta technologia, ciepła  z atomu ma wielką przyszłość.

Tylko z naszego podwórka:

1629320353320-png.1928447

 

Ciepło z atomówek to też mieszkalnictwo. Sporo w ostatnim czasie mówi się o SMR w pobliżu miast, Czesi pracują zaś nad projektem "Teplator", niskotemperaturowym reaktorem opalanym zużytymi prętami z reaktorów jądrowych:

https://www.cire.pl/artykuly/serwis-informacyjny-cire-24/183087-czescy-naukowcy-opracowuja-projekt-cieplowni-jadrowej

Ogólnie moce zainstalowane w Polsce do ciepłownictwa to aż 172GW. Większość to różnego rodzaju kopciuchy, mające,  nawet te na ekogroszek, bardzo niską sprawność cieplną.

Transformacja na całkowitą zeroemisyjność cieplną  bez atomu nie uda się. Ciepłownie, nawet te przydomowe, działają głównie w tę porę roku gdy sprawność np. fotowoltaiki w naszym klimacie jest bardzo niska, a ocieplenie klimatu u nas, będzie oznaczało zimą jeszcze więcej stratusów, czyli zgniłej, mrocznej pogody, z małą ilością światła słonecznego.  Potrzebujemy bardzo dużo  ciepła. 

Edited by venator

Share this post


Link to post
Share on other sites
22 hours ago, nurek said:

Mówi się, że fuzja dostarczy "nieograniczoną" ilość CZYSTEJ energii elektrvcznej.

Zupełnie czysta nigdy nie będzie. Zawsze trzeba pozyskać paliwo albo chociaż wylać beton na fundamenty. Łatwiejsze do wykorzystania są izotopy wodoru, które są trudniejsze do pozyskania. Ciekawe, jak wyjdzie kwestia ewentualnych emisji CO2 w porównaniu do energii nuklearnej? W Forbes widziałem niedawno artykuł z 2021 zestawiający emisje CO2 ze źródeł kopalnych, energii odnawialnej i nuklearnej:

Quote

More specifically, they figure that wind turbines average just 11 grams of CO2 emission per kilowatt-hour of electricity generated. That compares with 44 g/kwh for solar, 450 g for natural gas, and a whopping 1,000 g for coal. But beating them all is the original large-scale zero-carbon power source, nuclear power, at 9 g/kwh.

 

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 17.09.2021 o 14:33, l_smolinski napisał:

Nic z tego nigdy nie będzie. Mogę się założyć o swoją roczną pensje.  

No to chyba musisz zacząć odkładać na ten cel.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Kłamliwy artykuł.
Lata postępów sprawiły że współczynnik całkowitego zysku zwiększył się z 0,57 do 0,6.
W artykule chyba celowo jest mowa jedynie o energii netto w ramach fuzji w samej komorze. Z takim postępem to możecie czekać jeszcze 200 lat na pierwszą elektrownię która będzie miała znaczenie energetyczne a nie medialne.
No bo: 1,01 też nas nie zadowoli. Co z tego że wyprodukujemy więcej jak musimy ponieść masę wydatków na badania, inwestycje i budowę? Przy takim współczynniku - który i tak jest dalo poza naszymi możlwościami  - budowa elektrowni oznacza że jedziemy na stracie przez dziesiątki lat.
Ten współczynnik musi osiągnąć wielokrotność 1 a nie ledwo ją przekroczyć. Teraz jest 0,6 :D
W tej chwili tylko jedno źródło energii ma pomijalny wpływ na środowisko: energia atomowa. I przez dziesiątki lat nie zapowiadają się żadne zmiany.
Na chwilę obecną zielony ład polega na tym że zielone jest to co dają Niemcy z Rosją: czyli gaz :D który przypadkiem skoczył do góry :) 
Parafrazując znane powiedzenie:
gdybyśmy w samochodach na paliwo mieli taki postęp jak w energetyce termojądrowej to do dziś skręcanie sygnalizowalibyśmy machaniem ręki za oknem samochodu.

Edited by thikim
  • Upvote (+1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 10/9/2021 at 11:17 AM, thikim said:

Lata postępów sprawiły że współczynnik całkowitego zysku zwiększył się z 0,57 do 0,6.

Wiem, że postęp badań nad fuzją nuklearną nie powala, ale zakładasz postęp liniowy :)

On 10/9/2021 at 11:17 AM, thikim said:

Parafrazując znane powiedzenie:
gdybyśmy w samochodach na paliwo mieli taki postęp jak w energetyce termojądrowej to do dziś skręcanie sygnalizowalibyśmy machaniem ręki za oknem samochodu.

To starożytne chińskie przysłowie czy z greki?

On 10/9/2021 at 11:17 AM, thikim said:

W tej chwili tylko jedno źródło energii ma pomijalny wpływ na środowisko: energia atomowa.

Energia atomowa ma złą reputację niestety. Szkoda, że doszło do wypadków, których można było uniknąć. Teraz to jest prawie jak religia, więc ciężko kogokolwiek do czegokolwiek przekonać. Zawsze będzie ktoś protestował. Inna rzecz, że pamiętam protesty o Polsce przeciwko projektowi elektrowni w Żarnowcu, ale też pamiętam protesty przeciwko elektrowni wiatrowej :) Z każdej strony d*pa. Najlepiej nic nie robić, ale jak zaczną się blackouty, to tez będą protesty jak teraz Libanie, gdzie nie ma od kilku dni prądu, bo w dwóch elektrowniach skończyła się zupa a w państwowej kasie waluta :)

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 9.10.2021 o 12:17, thikim napisał:

Kłamliwy artykuł.

Wręcz przeciwnie. Artykuł precyzyjnie mówi, że za kilka lat powstanie pierwszy reaktor fuzyjny z zyskiem netto i że będzie to reaktor badawczy, a nie komercyjny. W reaktorze badawczym wystarczy te wspomniane przez ciebie 1,01. To przełom i niezbędny punkt wyjścia do dalszych badań. Tym razem już nie nad uzyskaniem dodatniego wyniku netto, a nad znalezieniem rozwiązania, dzięki któremu będzie mógł powstać reaktor w pełni komercyjny.

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
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Stellaratory, skomplikowane urządzenia do wytwarzania plazmy i przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej, zawsze pozostawały w cieniu tokamaków. W stellaratorze plazma uzyskiwana jest w komorze o złożonym kształcie, przypominającym kilkukrotnie skręconą wstęgę Mobiusa, a potrzebne do pracy cewki muszą mieć najróżniejsze kształty dostosowane do kształtu komory. To czyni stellaratory bardzo złożonymi urządzeniami, ale ich olbrzymią zaletą jest fakt, że – inaczej niż w tokamakach – plazma stabilizuje się sama.
      Trudności w wyprodukowaniu odpowiednich cewek magnetycznych oraz utrata temperatury spowodowana złożonym kształtem komory stellaratora powodowały, że więcej słyszeliśmy i pisaliśmy o tokamakach. Jednak to się może zmienić.
      Naukowcy z niemieckiego Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka (IPP) we współpracy z naukowcami z amerykańskiego Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) wykazali właśnie, że w największym na świecie i najnowocześniejszym stellaratorze Wendelstein 7-X (W7-X) w niemieckim Greifswald uzyskano temperaturę dwukrotnie wyższą niż temperatura jądra Słońca.
      Udało się to dzięki instrumentowi diagnostycznemu XICS, który jest wspólnym dziełem Novimira Pablanta z PPPL i Andreasa Langenberga z IPP. Instrument ten wykazał, że udało się znacznie zmniejszyć utratę ciepła w stellaratorze. Dotychczas klasyczne stellaratory traciły go znacznie więcej niż tokamaki.
      Słabą stroną stellaratorów jest wchodzenie cząstek w tryb transportu neoklasycznego, który przejawia się m.in. wypchnięciem zanieczyszczeń do centrum plazmy i jej szybkim wychłodzeniem [...]. W urządzeniach typu stellarator neoklasyczne uwięzienie cząstek jest dużo większe niż w tokamakach. [...] Do zalet tokamaka można przede wszystkim zaliczyć jego prostą budowę (geometrię) oraz zdecydowanie niższy transport neoklasyczny niż w stellaratorze, stwierdza Natalia Wendler w rozprawie doktorskiej pt. Badania plazmy przy użyciu systemu diagnostycznego PHA na stellaratorze Wendelstein 7-X.
      W najnowszym raporcie opublikowanym na łamach Nature eksperci informują, że udało im się zmniejszyć transport neoklasyczny za pomocą odpowiednio ukształtowanych magnesów. To olbrzymi sukces, który daje nadzieję, że w końcu uda się opanować fuzję jądrową.
      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
      Stellarator to jedno z pierwszych urządzeń fuzyjnych. Wymyślił je w latach 50. XX wieku fizyk Lyman Spitzer, późniejszy założyciel Princeton Plasma Physics Laboratory. Swoją drogą Spitzer był też pomysłodawcą budowy teleskopów kosmicznych.
      Jak już wspomnieliśmy, stellaratory bardziej tracą ciepło niż tokamaki, ale mają też liczne zalety. Swoją przewagę opierają na możliwości pracy ciągłej, niemalże braku niestabilności typu MHD oraz gwałtownych wygaśnięć reakcji związanych z przekraczaniem limitu Greenwalda, którego się nie obserwuje w tej konstrukcji. To wszystko sprawia, że stellaratory mogłyby być o wiele bardziej  atrakcyjne  dla przyszłej elektrowni termojądrowej, gdyby udało się tylko poprawić neoklasyczne utrzymanie naładowanych cząstek. Mimo to przez ostatnie 60 lat zdecydowanie większy nacisk był kierowany na badanie tokamaków, co zaowocowało znaczącym postępem w tej dziedzinie, czytamy w pracy Natalii Wendler.
      Teraz w uruchomionym przed kilkoma laty stellaratorze W7-X udało się wykazać, że urządzenia te nie muszą tracić tak dużo ciepła. Badania przeprowadzone za pomocą instrumentu XICS wykazały bowiem, że osiągnięto tam tak wysoką temperaturę jonów, że nie byłoby to możliwe bez znacznej redukcji transportu neoklasycznego. Pomiary potwierdzono za pomocą nieco mniej dokładnego narzędzia CXRS.
      Wyniki tych badań wskazują, że stellaratory oparte na architekturze W7-X mogą być kluczowymi reaktorami, za pomocą których uda nam się opanować fuzję jądrową. Jednak redukcja transportu neoklasycznego nie jest jedynym problemem, z którym musimy się zmierzyć. Jest jeszcze cały szereg zagadnień, w tym poradzenie sobie z pracą ciągłą i zmniejszenie transportu turbulentnego, mówi Pablant. Transport turbulentny powoduje wiry i fale przechodzące przez plazmę, które są drugą najważniejszą przyczyną utraty ciepła.
      W przyszłym roku W7-X znowu ruszy pełną parą. W stellaratorze przez ostatnie trzy lata montowano nowy system chłodzenia, który umożliwi dłuższą pracę.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...