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

Wybierają miejsce pod budowę elektrowni termojądrowej

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czasem się słyszy o tzw zimnej fuzji. Czy w takim Tokamaku  można używać tylko wodoru, czy też można by użyć mieszaniny wodoru i niklu jak pewien Włoch twierdził że używa w swoim reaktorze zimnofuzyjnym? A może są jeszcze inne możliwe kombinacje pierwiastków do spalania w tych warunkach w jakich chcą spalać wodór?

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
      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
    • 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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      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
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Niemieccy naukowcy uruchomili właśnie eksperyment, który ma pomóc w rozwoju fuzji jądrowej. Po dziewięciu latach przygotowań specjaliści z Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka w Greifswald wstrzyknęli niewielką ilość wodoru w urządzenie o kształcie torusa i całość potraktowali mikrofalami. Powstała plazma, która co prawda istniała przez ułamek sekundy, ale było to wystarczająco długo, by potwierdzić udany początek eksperymentu.
      Dzisiaj wszystko poszło świetnie. Gdy ma się do czynienia z tak skomplikowanym systemem, trzeba upewnić się, że wszystko działa perfekcyjnie. Zawsze istnieje ryzyko niepowodzenia - mówi Robert Wolf, jeden z naukowców zaangażowanych w prace przy projekcie.
      Uczony mówi, że jednym z poważnych wyzwań było opracowanie systemu chłodzenia magnesów koniecznych do utrzymania plazmy na miejscu. Niemieccy naukowcy szczegółowo przyglądali się więc uruchamianiu Wielkiego Zderzacza Hadronów, by nie popełnić tym samych błędów.
      Urządzenie w Greifswald to stellarator, którego koncepcję opracował w 1950 roku Amerykanin Lyman Spitzer. Ma on podobny kształt do tokamaka, ale korzysta z systemu magnesów, a nie z pola elektrycznego do utrzymania plazmy w miejscu. Thomas Klinger, szef projektu, mówi, że stellarator powinien utrzymywać plazmę znacznie dłużej tokamak. Procesy zachodzące w stellaratorze są bardziej spokojne. Urządzenie to jest znacznie trudniej zbudować niż tokamak, ale jest łatwiejsze w obsłudze, stwierdza.
      Urządzenie znane jako Wendelstein 7-X (W7-X) zostało próbnie uruchomione w grudniu. Wówczas jednak użyto helu, który jest znacznie łatwiej podgrzać niż wodór. Ponadto hel ma tę zaletę, że usuwa najmniejsze nawet zanieczyszczenia powstałe podczas budowy. Zadaniem W7-X nie jest wyprodukowanie nadmiarowej energii. Niemieccy naukowcy chcą w nim powoli zwiększać temperaturę plazmy oraz utrzymać stabilną plazmę przez 30 minut. Jeśli uda się to osiągnąć do 2025 roku, to będzie dobrze. Jeśli wcześniej, to jeszcze lepiej - mówi Wolf.
      Profesor David Anderson z University of Wisconsin mówi, że W7-X wygląda bardzo obiecująco. Już na wstępie maszyna osiągnęła imponujące wyniki. To zwykle trudny pracochłonny proces. Szybkość, z jaką zbudowany W7-X to dowód na wysoką jakość prac i bardzo dobry prognostyk dla samej koncepcji stellaratora. Uruchomienie W7-X to znaczące osiągnięcie - stwierdza. Stellarator jest współfinansowany m.in. przez Polskę.
      Obecnie na świecie działa kilkanaście stellaratorów, jednak W7-X jest pierwszym, którego wydajność może dorównać tokamakom.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy potwierdzili, że bor, składnik domowych środków czystości, pomaga w zwiększeniu wydajności reaktorów fuzyjnych. Specjaliści z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) przeprowadzili eksperymenty, w czasie których wykazali, że pokrycie wewnętrznych elementów tokamaka borem poprawia wydajność reakcji.
      Nasze eksperymenty dokładniej pokazują, jak to działa. Pozwolą nam one ocenić, czy kontrolowane wstrzykiwanie proszku z boru może być wykorzystane w przyszłości do pomocy w pracy reaktorów fuzyjnych, mówi fizyk Alessandro Bortolon, główny autor artykułu w Nuclear Fusion.
      Fuzja jądrowa wykorzystuje procesy podobne do tych, jakie zachodzą w Słońcu. Lżejsze pierwiastki łączą się w cięższe. W ten sposób powstaje niemal niewyczerpane źródło czystej i bezpiecznej energii. Naukowcy od dziesięcioleci próbują opanować fuzję.
      Najnowsze eksperymenty wykazały, że wstrzykiwanie boru pozwala na łatwiejsze uzyskanie w plazmy o odpowiednich parametrach w tokamakach, których wewnętrzne elementy pokryte są lekkimi pierwiastkami, jak węgiel.
      Autorzy obecnych badań bazowali na eksperymentach prowadzonych wcześniej w Axially Symmetric Divertor Experiment-Upgrade (ASDEX-U) należącym do Instytutu Fizyki Plazmy im. Maxa Plancka w Niemczech. Wówczas wykazano, że dzięki wstrzykiwaniu boru możliwe jest uzyskanie wysokiej jakości plazmy w tokamaku pokrytym wolframem. Eksperymenty dla tokamaka pokrytego węglem są ważne z dwóch powodów. Po pierwsze, wiele tokamaków korzysta z tego pierwiastka. Po drugie – pokazuje to, że wstrzykiwanie boru może być przydatne w różnego rodzaju tokamakach.
      Najnowsze eksperymenty uzupełniły też lukę w wiedzy dotyczącej sposobu osadzania się boru. Intuicja podpowiada, że gdy sproszkowany bor opada na plazmę, rozpuszcza się w niej i gdzieś osadza. Dotychczas jednak nikt nie próbował nawet potwierdzić istnienia w plazmie warstwy boru. Nie było na ten temat żadnych informacji. Przeprowadzone przez nas badania są pierwszymi, podczas których bezpośrednio wykazano i zmierzono to zjawisko, dodaje Bortolon.
      Okazuje się, że warstwa boru zapobiega zanieczyszczeniu plazmy przez materiał z samego tokamaka. Materiał taki może rozrzedzić plazmę i ją zdestabilizować. Im zaś plazma bardziej czyta, tym bardziej stabilna i tokamak może dłużej działać.
      Technika wstrzykiwania boru może uzupełniać lub nawet zastąpić wykorzystywaną obecnie technikę dostarczania boru do tokamaka. W chwili obecnej uzupełnienie tokamaka o bor wymaga wyłączenia go nawet na kilka dni, a wykorzystuje się w niej toksyczne gazy.
      Wstrzykiwanie boru eliminuje te problemy. Jeśli wykorzystujesz technikę wstrzykiwania sproszkowanego boru, nie musisz wszystkiego przerywać i wyłączać tokamaka. Nie musisz też przejmować się pracą z toksycznym gazem. Nowa technika będzie niezwykle przydatna podczas przyszłej codziennej pracy tokamaków, dodaje Bortolon.

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...