Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Bliżej fuzji jądrowej. Padł rekord utrzymania wysokotemperaturowej plazmy w tokamaku

Recommended Posts

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

Share this post


Link to post
Share on other sites
21 godzin temu, Sławko napisał:

Trzymam kciuki za postępy w tej technologii.

 To ci ręce odpadną. Tam nic nie ma.

Radośnie ubzdurali sobie, że genezą procesów energetycznych na słońcu jest samonapędzająca się fuzja atomów. No i próbują tę radosną nowinę powtórzyć w laboratorium. Oczywistym jest, że to żadna geneza dla procesów, tylko konsekwencja innych procesów. Za chwilę Parker Solar Probe wleci w słońce i się okaże, że tam pod koroną zimno jest, żadnej fuzji tam nie ma. Zresztą to już wiadomo i tak bez tego. 


 

 

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 11.01.2022 o 14:06, l_smolinski napisał:

Radośnie ubzdurali sobie

No tak, a Ziemia jest płaska...

Share this post


Link to post
Share on other sites
52 minuty temu, Sławko napisał:

No tak, a Ziemia jest płaska...

Powiem krótko, zakładasz się ze mną  o 10 tyś $, że przez najbliższe 50 lat nie powstanie reaktor fuzyjny, który współczynnik zysku przekroczy 0.8 ? Możemy iść do notariusza i spisać zakład. Jak nie to na drzewo banany prostować spadaj. 

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 11.01.2022 o 14:06, l_smolinski napisał:

Za chwilę Parker Solar Probe wleci w słońce i się okaże, że tam pod koroną zimno jest, żadnej fuzji tam nie ma. Zresztą to już wiadomo i tak bez tego. 

No tak. Fuzja jest dużo głębiej, nawet jeśli mechanizm fuzji jest magiczny to i tak nasz aktualny model na kulkach i fotonach wydaje się prawidłowy. "Zewnętrznie" prawidłowy.

7 minut temu, l_smolinski napisał:

Jak nie to na drzewo banany prostować spadaj. 

A cóż się Kolega tak radykalizuje? Kolega ironią walczy (radośnie etc.), to i sarkazmem może oberwać.

Edited by Jajcenty

Share this post


Link to post
Share on other sites
1 minutę temu, Jajcenty napisał:

A cóż się Kolega tak radykalizuje? Kolega ironią walczy (radośnie etc.), to i sarkazmem może oberwać.

Jakiś zły dzień mam dzisiaj. Przepraszam. 

2 minuty temu, Jajcenty napisał:

No tak. Fuzja jest dużo głębiej, nawet jeśli mechanizm fuzji jest magiczny to i tak nasz aktualny model na kulkach i fotonach wydaje się prawidłowy.

No, tak mi chodziło o to, że to się samo nie napędza i podtrzymuje, a co za tym idzie osiągnięcie współczynnika skuteczności  1 jest niemożliwe. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
7 hours ago, l_smolinski said:

No, tak mi chodziło o to, że to się samo nie napędza i podtrzymuje, a co za tym idzie osiągnięcie współczynnika skuteczności  1 jest niemożliwe. 

Dlaczego tak uważasz, jeśli w najpotężniejszej zdetonowanej Car-bombie o mocy 50 Mt współczynnik skuteczności podczas wybuchu termojądrowego przekroczył aż 32?

Edited by Qion

Share this post


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

Dlaczego tak uważasz, jeśli w najpotężniejszej zdetonowanej Car-bombie o mocy 50 Mt współczynnik skuteczności podczas wybuchu termojądrowego przekroczył aż 32?

To są zupełnie inne procesy jak zapewne wiesz - nie ma co porównywać tego. Synteza wymaga więcej energii, prawdopodobieństwo zajścia syntezy jest mniejsze, zysk z syntezy też. Co więcej potrzeba innych (większych) warunków energetycznych, aby proces zainicjować i utrzymać. 

Share this post


Link to post
Share on other sites
On 1/13/2022 at 10:55 PM, l_smolinski said:

To są zupełnie inne procesy jak zapewne wiesz - nie ma co porównywać tego. Synteza wymaga więcej energii, prawdopodobieństwo zajścia syntezy jest mniejsze, zysk z syntezy też. Co więcej potrzeba innych (większych) warunków energetycznych, aby proces zainicjować i utrzymać. 

Nic nie wskazuje, aby były to inne procesy. Ciśnienie wewnątrz Słońca 237 mld bar jest znacznie wyższe niż ciśnienie 5,3 mld bar powstałe w kompresowanym materiale podczas detonacji termojądrowej, a temperatura wewnątrz naszej gwiazdy też jest niemała bo około 15,4 mln K. To właśnie ciśnienie wewnątrz Słońca umożliwia przebieg procesów termojądrowych przy 6-7 krotnie niższej temperaturze wewnątrz niż 100 mln K podczas wybuchu bomby wodorowej.

Takie parametry pozwalają na syntezę cięższych pierwiastków niż wodór czy hel wewnątrz gwiazdy. Owszem powstały hipotezy tzw. ciemnych gwiazd, wewnątrz których anihilują cząstki i antycząstki ciemnej materii, lecz wiem, że nie należysz do zwolenników tej teorii. Poza tym gwiazdy te miałyby istnieć w początkowym etapie ewolucji wszechświata.

Edited by Qion

Share this post


Link to post
Share on other sites
4 godziny temu, Qion napisał:

Nic nie wskazuje, aby były to inne procesy. Ciśnienie wewnątrz Słońca 237 mld bar jest znacznie wyższe niż ciśnienie 5,3 mld bar powstałe w kompresowanym materiale podczas detonacji termojądrowej, a temperatura wewnątrz naszej gwiazdy też jest niemała bo około 15,4 mln K. To właśnie ciśnienie wewnątrz Słońca umożliwia przebieg procesów termojądrowych przy 6-7 krotnie niższej temperaturze wewnątrz niż 100 mln K podczas wybuchu bomby wodorowej.

Zgoda, to co opisujesz ma sens i możliwe, że tak jest. No i sobie policz teraz ile energii potrzeba, aby takie ciśnienie utrzymać. Nikogo nie interesuje chwilowe ciśnienie powstałe podczas wybuchu, tylko jak je efektywnie utrzymać i nie tracić na to nie wiadomo ile energii. Ogólnie można się rozejść po tej krótkiej analizie :P . Nie do wdrożenia w warunkach ziemskich w sensowny sposób. Z technicznego punktu widzenia łatwiej dokopać się do naszego ziemskiego jądra i z stamtąd pozyskiwać energię - mając do dyspozycji 'lepsze' ciśnienie.      

Edited by l_smolinski

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 10.01.2022 o 16:52, Sławko napisał:

Trzymam kciuki za postępy w tej technologii.

Długo będziesz trzymał, pewnie do śmierci - ale powodów do radości będziesz miał masę i często - bo newsów o postępach będzie więcej niż grzybów po deszczu.
Dramatycznie tego potrzebujemy - a jak czegoś potrzebujemy to media nam to dadzą :) przynajmniej do przeczytania.
Celowo media się mylą i wyolbrzymiają postępy.

 

10 godzin temu, Qion napisał:

To właśnie ciśnienie wewnątrz Słońca umożliwia przebieg procesów termojądrowych przy 6-7 krotnie niższej temperaturze wewnątrz niż 100 mln K podczas wybuchu bomby wodorowej.

Owszem. Ale odtworzenie tych warunków - jest bardzo energokosztowne nawet w mikroskali. Stąd próbujemy trochę nadrobić i warunki robimy mocno inne - ale to dalej jest energokosztowne.
A to nie chodzi o to żeby to zrobić i działało. To ma działać i być opłacalne. 
I tu się pojawia problem liczenia zysków.
Są dwa sposoby: energia uzyskana/energia potrzebna do uzyskania odpowiednich warunków - nawet nieźle idzie ale to tylko ciekawostka dla mediów.
cena energii uzyskanej/koszty nakładów (włącznie z amortyzacją, kosztem wynagrodzeń itd.) - i to jest to co nas może przed kryzysami energetycznym uchronić ale nas nie uchroni bo nadal jest źle.
To nie może działać tak że uruchomimy obok dwie elektrownie węglowe żeby jedna termojądrowa mogła działać dając tyle energii co te obie elektrownie. Bilans zero.
To lepiej nie uruchamiajmy niczego. - bo emisja z niczego jest mniejsza niż emisja z trzech elektrowni :)
Na razie do tego zera nam daleko ale wszyscy podnieceni jak nie wiem co.

W dniu 13.01.2022 o 22:55, l_smolinski napisał:

jeśli w najpotężniejszej zdetonowanej Car-bombie o mocy 50 Mt współczynnik skuteczności podczas wybuchu termojądrowego przekroczył aż 32?

Ale ten współczynnik jeśli chodzi o kryzys energetyczny to wiesz gdzie możesz sobie? :)
Qion pisał - cytowanie coś nie domaga.

Edited by thikim
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
20 hours ago, thikim said:

Ale ten współczynnik jeśli chodzi o kryzys energetyczny to wiesz gdzie możesz sobie? :)

Obecnie działające tokamaki są zbyt małe aby przekroczyć 100% granicę efektywności energetycznej ze względu na ograniczone możliwości wytworzenia odpowiednio silnego pola magnetycznego. Z tego względu powstał projekt olbrzymiego 500 MW reaktora fuzyjnego ITER, w którym utopiono dziesiątki miliardów euro, dającego przynajmniej matematyczne szanse na kilkukrotne przekroczenie granicznej wartości współczynnika skuteczności. Tak droga inwestycja, nawet jeśli spełni swoje oczekiwania, nie rozwiąże kryzysu energetycznego ze względu na olbrzymie koszty nakładów na jego budowę jak i utrzymanie w ruchu - erozja osłon reaktora wywołana promieniowaniem neutronowym. Z tego względu, głównie w USA brane są pod uwagę inne niż tokamaki rozwiązania efektywniejszych małych reaktorów rektorów kompaktowych, których technologia dopiero zaczyna raczkować.

Share this post


Link to post
Share on other sites

No wiesz, nie można od eksperymentalnego tworu wymagać ekonomii. Ekonomię buduje wiele kopii udanego projektu. Jednak na razie nic nie wskazuje żeby tę ekonomię można było osiągnąć.
A nie zapominajmy że mamy konkretny cel: pokonanie kryzysu energetycznego, który prędzej czy później nas dopadnie a nie zabawy w budowę tego czy tamtego.
Chociaż ropy, gazu itp. mamy dużo więcej niż szacowano przed laty - to jednak nadejdzie ten dzień kiedy ich zabraknie.
Na razie dopadły nas na razie interesy różnych lobby, mediów, polityków i naukowców.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 15.01.2022 o 21:36, thikim napisał:
W dniu 10.01.2022 o 16:52, Sławko napisał:

Trzymam kciuki za postępy w tej technologii.

Długo będziesz trzymał, pewnie do śmierci - ale powodów do radości będziesz miał masę i często

Być może nie dożyję uruchomienia pierwszego reaktora, który będzie dawał więcej energii niż pobiera. Ale powód do radości będę miał dopiero wtedy, gdy tego dożyję. Drugi powód do radości pojawi się, gdy takie coś zostanie wybudowane w Polsce, więc z tym „masę i często” trochę przesadziłeś, bo naliczyłem ich 2 :D

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
      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
      Zjawiska istotne dla czarnych dziur, eksplozji supernowych i innych ekstremalnych wydarzeń kosmicznych mogą zostać odtworzone na Ziemi, twierdzą naukowcy z Pinceton University, SLAC National Accelerator Laboratory oraz Princeton Plasma Physics Laboratory. Dowodzą oni, że współczesna technologia pozwala na uzyskanie procesów kaskadowych opisywanych przez elektrodynamikę kwantową (QED cascades). Procesy takie leżą u podstaw eksplozji supernowych czy szybkich rozbłysków radiowych, w czasie których w ciągu milisekund emitowane jest tyle energii, ile Słońce emituje w ciągu kilku dni.
      Kenan Qu, Sebastian Meuren i Nahaniel J. Fisch poinfornowali na łamach Physical Review Letters, o uzyskaniu pierwszego teoretycznego dowodu, że interakcja laboratoryjnego lasera z gęstym strumieniem elektronów doprowadzi do pojawienia się kaskad. Wykazaliśmy, że to, o czym sądzono, iż jest niemożliwe, w rzeczywistości jest możliwe. To zaś pokazuje, że zjawisko, którego dotychczas nie mogliśmy bezpośrednio obserwować, można uzyskać za pomocą najnowocześniejszych laserów i urządzeń do generowania strumienia elektronów, mówi główny autor artykułu, Kenan Qu.
      Zderzenie silnego impulsu laserowego ze strumieniem elektronów o wysokiej energii prowadzi do powstania gęstej chmury par elektron-pozyton, które zaczynają wchodzić w interakcje. To zaś powoduje kolektywne zachowanie się plazmy, co z kolei wpływa na to, jak pary te wspólnie reagują na pola elektryczna lub magnetyczne.
      Plazma, zjonizowana materia przypominająca gaz, zawiera swobodne cząstki – jony i elektrony – i stanowi około 99% widzialnego wszechświata. Napędza ona reakcje w gwiazdach, a zachodzące w niej procesy są silnie zależne od pól elektromagnetycznych.
      "Poszukiwaliśmy sposobów, na odtworzenie warunków, w jakich powstaną pary elektron-pozyton o gęstości na tyle dużej, by doszło do kolektywnego zachowania się plazmy", mówi Qu. Już znacznie wcześniej wiedziano, że wystarczająco silne lasery, pola magnetyczne lub elektryczne mogą doprowadzić do pojawienia się wspomnianych procesów kaskadowych. Jednak wyliczenia pokazywały, że uzyskanie tak intensywnych promieni laserowych, pól magnetycznych i elektrycznych jest poza naszymi możliwościami.
      Okazuje się, że połączenie współczesnych technologii laserowych z relatywistycznymi strumieniami elektronów wystarczy, by zaobserwować takie zjawisko, mówi profesor Nat Fisch. Kluczem jest tutaj wykorzystanie lasera, który spowolni pary elektron-pozyton tak, by ich masa spadła, przez co zwiększy się ich wpływ na częstotliwość plazmy i wzmocni kolektywne zachowania plazmy. Wykorzystanie już dostępnych technologii jest tańsze, niż próba zbudowania lasera o olbrzymiej intensywności.
      Teraz autorzy badań chcą sprawdzić swoją przewidywania w SLAC National Accelerator Laboratory. Właśnie trwają tam prace nad laserem o umiarkowanej intensywności, a źródło elektronów już się tam znajduje. Jeśli dowiedziemy prawdziwości naszych obliczeń, zaoszczędzimy miliardy dolarów, dodaje Qu.

      « powrót do artykułu
    • 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
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...