Przełomowa fuzja jądrowa. Uzyskano rekordowo dużo energii
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Dzisiaj, po trzech latach przerwy, Wielki Zderzacz Hadronów (LHC) ponownie podejmuje badania naukowe. Największy na świecie akcelerator cząstek będzie zderzał protony przy rekordowo wysokiej energii wynoszącej 13,6 teraelektronowoltów (TeV). To trzecia kampania naukowa od czasu uruchomienia LHC.
Przez trzy ostatnie lata akcelerator był wyłączony. Trwały w nim prace konserwatorskie i rozbudowywano jego możliwości. Od kwietnia w akceleratorze znowu krążą strumienie cząstek, a naukowcy przez ostatnich kilka tygodni sprawdzali i dostrajali sprzęt. Teraz uznali, że wszystko działa, jak należy, uzyskano stabilne strumienie i uznali, że LHC może rozpocząć badania naukowe.
W ramach rozpoczynającej się właśnie trzeciej kampanii naukowej LHC będzie pracował bez przerwy przez cztery lata. Rekordowo wysoka energia strumieni cząstek pozwoli na uzyskanie bardziej precyzyjnych danych i daje szanse na dokonanie nowych odkryć.
Szerokość wiązek protonów w miejscu ich kolizji będzie mniejsza niż 10 mikrometrów, co zwiększy liczbę zderzeń, mówi dyrektor akceleratorów i technologii w CERN, Mike Lamont. Uczony przypomina, że gdy podczas 1. kampanii naukowej odkryto bozon Higgsa, LHC pracował przy 12 odwrotnych femtobarnach. Teraz naukowcy chcą osiągnąć 280 odwrotnych femtobarnów. Odwrotny femtobarn to miara liczby zderzeń cząstek, odpowiadająca około 100 bilionom zderzeń proton-proton.
W czasie przestoju wszystkie cztery główne urządzenia LHC poddano gruntowym remontom oraz udoskonaleniom ich systemów rejestracji i gromadzeniach danych. Dzięki temu mogą obecnie zebrać więcej informacji o wyższej jakości. Dzięki temu ATLAS i CMS powinny zarejestrować w obecnej kampanii więcej kolizji niż podczas dwóch poprzednich kampanii łącznie. Całkowicie przebudowany LHCb będzie zbierał dane 10-krotnie szybciej niż wcześniej, a możliwości gromadzenia danych przez ALICE zwiększono aż 55-krotnie.
Dzięki tym wszystkim udoskonaleniom można będzie zwiększyć zakres badań prowadzonych za pomocą LHC. Naukowcy będą mogli badać bozon Higgsa z niedostępną wcześniej precyzją, mogą zaobserwować procesy, których wcześniej nie obserwowano, poprawią precyzję pomiarów wielu procesów, które mają fundamentalne znaczenie dla zrozumienia fizyki, asymetrii materii i antymaterii. Można będzie badać właściwości materii w ekstremalnych warunkach temperatury i gęstości, eksperci zyskają nowe możliwości poszukiwania ciemnej materii.
Fizycy z niecierpliwością czekają na rozpoczęcie badań nad różnicami pomiędzy elektronami a mionami. Z kolei program zderzeń ciężkich jonów pozwoli na precyzyjne badanie plazmy kwarkowo-gluonowej, stanu materii, który istniał przez pierwszych 10 mikrosekund po Wielkim Wybuchu. Będziemy mogli przejść z obserwacji interesujących właściwości plazmy kwarkowo-gluonowej do fazy precyzyjnego opisu tych właściwości i powiązania ich z dynamiką ich części składowych, mówi Luciano Musa, rzecznik prasowy eksperymentu ALICE.
Udoskonalono nie tylko cztery zasadnicze elementy LHC. Również mniejsze eksperymenty – TOTEM, LHCf, MoEDAL czy niedawno zainstalowane FASER i SND@LHC – pozwolą na badanie zjawisk opisywanych przez Model Standardowy oraz wykraczających poza niego, takich jak monopole magnetyczne, neutrina czy promieniowanie kosmiczne.
« 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
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
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.