Sign in to follow this
Followers
0
Niewielki startup, przy wsparciu Pentagonu, chce wysłać w kosmos reaktor fuzyjny. Eksperci sceptyczni
-
Similar Content
-
By KopalniaWiedzy.pl
Większość przedsiębiorstw działających na rynku energii fuzyjnej przewiduje, że pierwszy prąd z elektrowni termojądrowych trafi do sieci już w latach 30. obecnego stulecia. Tak wynika z pierwszego raportu na temat światowego stanu energetyki fuzyjnej. Został on opublikowany przez Fusion Industry Association (FIA) oraz UK Atomic Energy Authority (UKAEA).
Reaktory fuzyjne wytwarzają energię metodą fuzji jądrowej, w czasie której lżejsze pierwiastki łączą się w cięższe. Taki proces zachodzi na Słońcu. Fuzja to pod wieloma względami najdoskonalsze źródło czystej energii. Ilość energii, jaką może dostarczyć zupełnie zmieni reguły gry. Paliwo do fuzji jądrowej można uzyskać z wody, a Ziemia jest pełna wody. To niemal niewyczerpane źródło energii. Musimy tylko dowiedzieć się, jak go używać, mówiła niedawno profesor Maria Zuber, wiceprezydent MIT ds. badawczych. Informowaliśmy wówczas o przełomie dokonanym na MIT i możliwości pojawienia się za 4 lata reaktora, który wytworzy energię netto.
Obecnie na całym świecie istnieje co najmniej 35 firm działających na rynku fuzji jądrowej. Większość z nich to przedsiębiorstwa z USA i Europy. Dwanaście z tych 35 firm zadeklarowało, że dopiero rozpoczyna działalność lub też woli nie ujawniać swojego istnienia, zatem nie zostały uwzględnione w raporcie. Z pozostałych 23 firm kolejny tuzin działa nie dłużej niż 5 lat. Wśród 23 uwzględnionych w raporcie firm w USA działa 13, a w Europie 7, czego 5 w Wielkiej Brytanii.
Z raportu The Global Fusion Industry in 2021 dowidujemy się, że prywatne przedsiębiorstwa zajmujące się fuzją termojądrową otrzymały od lat 90. finansowanie w wysokości ponad 1 miliarda 872 milionów USD, z czego 1,786 miliarda pochodziło ze źródeł prywatnych, a 85 milionów ze dotacji rządowych. W przedsiębiorstwa te inwestują m.in. Bezos Expeditions, Breakthrough Energy Ventures, Capricorn Investment Group, Chevron Technology Ventures, Google, Eni, Wellcome Trust czy Oxford Sciences Innovation.
Nie każde z badanych przedsiębiorstw przyznało, jakie finansowanie otrzymało. Informacji takiej udzieliło 18 firm.
Najwięcej pieniędzy, bo aż 85% całego finansowania, trafiło do 4 największych graczy na tym rynku. Są to Commonwealth Fusion Systems (USA, powstało w 2018 r.), General Fusion (Kanada, 2002 r.), , TAE Technologies (USA, 1998 r.) oraz Tokamak Energy (Wielka Brytania, 2009 r.).
Głównym celem firm pracujących nad fuzją jądrową jest produkcja energii elektrycznej, jednak niemal połowa takich przedsiębiorstw planuje też wykorzystanie tej technologii jako napędu pojazdów kosmicznych, napędu statków i okrętów, pozyskiwania wodoru i dostarczania ciepła na potrzeby przemysłu.
Przedsiębiorstwa z rynku fuzyjnego zatrudniają przede wszystkim inżynierów, którzy stanowią 51% ich załóg. Kolejnych 26% pracowników to naukowcy. Najpopularniejszymi rozwijanymi technologiami są magnetyczne uwięzienie plazmy, nad którym pracuje 13 z 23 ankietowanych przedsiębiorstw oraz magnetyczno-inercyjne uwięzienie plazmy (5 przedsiębiorstw).
Najbardziej interesująca zaś była odpowiedź na pytanie, kiedy po raz pierwszy, gdzieś na świecie do sieci trafi prąd z elektrowni termojądrowej. Aż 17 przedsiębiorstw odpowiedziało, że stanie się to w przyszłej dekadzie. Z kolei 11 uważa, że w przyszłej dekadzie fuzja zostanie po raz pierwszy wykorzystana w roli napędu w przestrzeni kosmicznej.
Największym i najbardziej znanym projektem związanym z fuzją jądrową jest budowany we Francji międzynarodowy reaktor ITER, który ma rozpocząć pracę jeszcze przed końcem dekady. Będzie to jednak reaktor eksperymentalny, który nie będzie wytwarzał energii netto. Innymi słowy, pochłonie więcej energii niż wytworzy. Podobnym projektem jest brytyjski STEP. Ma on ruszyć w latach 40. To zaś pokazuje, że firmy prywatne, chociaż ze znacznie mniejszym rozgłosem, planują zastosowanie fuzji jądrowej w praktyce znacznie szybciej, niż organizacje rządowe. Jednak będą to robiły na znacznie mniejszą skalę.
Nasz raport pokazuje, że prywatny rynek fuzji jądrowej, bez rozgłosu, szybko przybliża nas do chwili rozpoczęcia komercyjnego dostarczania energii z reaktorów termojądrowych, mówi Melanie Windridge z FIA. Jej zdaniem pierwsze prywatne reaktory termojądrowe zaczną działać w latach 30., a w kolejnej dekadzie dostarczą energię na zasadach komercyjnych.
« powrót do artykułu -
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
Jednym z największych problemów, z jakim stykają się specjaliści pracujący przy fuzji jądrowej, są swobodnie przyspieszające elektrony, które w końcu osiągają prędkości bliskie prędkości światła czyli stają się cząstkami relatywistycznymi. Tak szybkie elektrony uszkadzają tokamak, w których przeprowadzana jest reakcja termojądrowa.
Naukowcy z Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) wykorzystali nowatorskie narzędzia diagnostyczne, dzięki którym są w stanie zarejestrować narodziny takich elektronów oraz liniowy i wykładniczy wzrost ich energii. Musimy być w stanie zarejestrować te elektrony przy ich początkowym poziomie energii, a nie dopiero wówczas, gdy mają maksymalną energię i przemieszczają się niemal z prędkością światła, wyjaśnia fizyk Luis Delgado-Aparicio, który stał na czele zespołu badawczego pracującego przy Madison Symmetric Torus (MST) na University of Wisconsin-Madison. Następnym krokiem będzie zoptymalizowanie sposobów na powstrzymanie tych elektronów, zanim ich liczba zacznie się lawinowo zwiększać, dodaje uczony.
Reakcja termojądrowa czyli fuzja jądrowa, zachodzi m.in. w gwiazdach. Gdyby udało się ją opanować, mielibyśmy dostęp do niemal niewyczerpanego źródła czystej i bezpiecznej energii. Zanim jednak to się stanie, konieczne jest pokonanie kilku poważnych przeszkód.
Dlatego też PPPL we współpracy z University of Wisconsin zainstalowało w MST specjalną kamerę, która już wcześniej sprawdziła się w tokamaku Alcator C-Mod w Massachusetts Institute of Technology. Kamera ta rejestruje nie tylko właściwości plazmy, ale również dystrybucję energii w czasie i przestrzeni. To pozwala uczonym obserwować m.in. wspomniane elektrony, które powstają przy niskich energiach.
Badania nad superszybkimi elektronami prowadzone są w MST, gdyż urządzenie to skonstruowane jest tak, że elektrony te nie zagrażają jego pracy. Możliwości, jakimi dysponuje Luis, odnośnie zlokalizowania miejsca narodzin i początkowego liniowego wzrostu energii tych elektronów, a następnie ich śledzenia, są fascynujące. Następnym etapem będzie porównanie uzyskanych wyników z modelami komputerowymi. To pozwoli nam na lepsze zrozumienie tego zjawiska i może prowadzić w przyszłości do opracowania metod zapobiegających tworzeniu się takich elektronów, mówi profesor Carey Forest z University of Wisconsin.
Chciałbym zebrać wszystkie doświadczenia, jakich nabyliśmy podczas pracy z MST i zastosować je w dużym tokamaku, stwierdza Delgado-Aparicio. Niewykluczone, że już wkrótce dwaj doktorzy, których mentorem jest Delgado-Aparicio, będą mogli wykorzystać te doświadczenia w Tungsten Einvironment in Steady-state Tokamak (WEST) we Francji. Chcę razem z nimi wykorzystać kamery do rejestrowania wielu różnych rzeczy, takich jak transport cząstek, ogrzewanie falami radiowymi, badanie szybkich elektronów. Chcemy dowiedzieć się, jak spowodować, by elektrony te stały się mniej szkodliwe. A to może być bardzo bezpieczny sposób pracy z nimi.
Z Delgado-Aparicio współpracuje kilkudziesięciu specjalistów, w tym naukowcy Uniwersytetu Tokijskiego, japońskich Narodowych Instytutów Badań i Technologii Kwantowych i Radiologicznych czy eksperci ze szwajcarskiej firmy Dectris, która wytwarza różnego typu czujniki.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
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 ITER. Ten reaktor fuzyjny, który ma produkować energię metodą fuzji jądrowej – tak jak powstaje ona w Słońcu – jest budowany we Francji przez 35 krajów. Central Solenoid, największy z magnesów ITER to główny wkład USA w instalację.
Potężny magnes będzie składał się z sześciu modułów. Jego wysokość sięgnie 18, a szerokość 4,25 metrów. Będzie ważył 1000 ton. Jego zadaniem będzie indukowanie pola magnetycznego, które pomoże kontrolować plazmę ITER.
Central Solenoid będzie naprawdę potężny. Generowane przezeń pole magnetyczne o mocy 13 tesli będzie 280 000 razy silniejsze niż pole magnetyczne Ziemi. Byłoby ono w stanie unieść lotniskowiec na wysokość 2 metrów. Struktury podtrzymujące to wielkie urządzenie będą musiały wytrzymać siły dwukrotnie przekraczające ciąg promu kosmicznego.
General Atomics zakończył w bieżącym roku testy pierwszego modułu Central Solenoid. W ciągu najbliższych dni zostanie on załadowany na specjalną ciężarówkę, przewieziony do Houston, skąd popłynie do Francji.
To jeden z największych, najbardziej złożonych i najbardziej wymagających projektów związanych z magnesami, jaki kiedykolwiek został podjęty. To najważniejsze przedsięwzięcie naszych karier, stwierdził John Smith, dyrektor GA ds. inżynieryjnych i projektowych.
Nad projektem i produkcją magnesów czuwają specjaliści z Oak Ridge National Laboratory, w którym siedzibę ma US ITER. Pozostałych pięć dodatkowych modułów Central Solenoid, plus jeden zapasowy, są na różnym etapie tworzenia. Moduł 2. ma trafić do Francji już w sierpniu.
ITER to największy z prowadzonych projektów prac nad uzyskaniem energii fuzyjnej. Bierze w nim udział 35 krajów. Zgodnie z umową z 2006 roku każdy członek ITER w równej mierze skorzysta z technologii opracowanych przy projekcie. Różne kraje finansują go jednak w różnym stopniu. Stany Zjednoczone finansują około 9% kosztów budowy.
ITER to najbardziej złożony projekt współpracy naukowej w historii, mówi dyrektor ITER Organization, doktor Bernard Bigot. Od 10 lat na trzech kontynentach tworzone są komponenty, których nigdy wcześniej nie budowano. Bez globalnej współpracy ITER nie mógłby powstać. Jednak dzięki niej, każdy z zespołów korzysta z doświadczeń innych.
Na wspólnym projekcie korzystają również poszczególne kraje. Wiele z nich prowadzi też własne badania nad fuzją jądrową. Pracując nad ITER rozwijają własny przemysł, naukę, zapewniają miejsca pracy wysoko wykwalifikowanej kadrze.
« powrót do artykułu -
By KopalniaWiedzy.pl
Świat potrzebuje nowych źródeł energii. Musimy odejść od energetyki opartej na węglu, jednocześnie jednak coraz większym miastom energii nie zapewnią elektrownie wiatrowe czy słoneczne. Energetyka atomowa wciąż zaś budzi liczne obawy.
Potrzebne jest czyste, bezpieczne, pewne, efektywne źródło, z którego można produkować duże ilości energii, a które nie będzie zajmowało tak olbrzymich obszarów, jak farmy wiatrowe czy słoneczne. Takim źródłem może być reaktor fuzyjny.
Kanadyjscy eksperci twierdzą, że dzięki ostatnim postępom technologicznym oraz prywatnym inwestycjom pierwsze komercyjne reaktory produkujące energię z fuzji jądrowej mogą pojawić się już za 10–15 lat.
Fuzja jądrowa polega na łączeniu lekkich jąder w jądro cięższe. Jest to więc inne zjawisko niż to, które zachodzi w reaktorach atomowych, gdzie cięższe jądra są rozszczepiane. Wiąże się to z uwolnieniem energii i niebezpiecznego promieniowania. Koszty awarii i wypadków w elektrowniach atomowych są niezwykle wysokie. Konieczność zapewnienia bezpieczeństwa powoduje, że koszty budowy elektrowni atomowych stały się zbyt wysokie. W ubiegłym tygodniu firma Hitachi zrezygnowała z budowy elektrowni w Wielkiej Brytanii, odpisując na poczet strat 3 miliardy dolarów. Dlatego też elektrownie atomowe są obecnie budowane w głównej mierze z pieniędzy podatników lub też przez nie gwarantowane. A koszty budowy, użytkowania i składowania odpadów z takich elektrowni ciągle rosną. Jednocześnie zaś ciągle spadają koszty pozyskiwania energii ze źródeł odnawialnych.
Elektrownie atomowe stały się więc nieopłacalne, a źródła odnawialne nie zapewniają wystarczającej ilości energii. Problemem jest bowiem gęstość energii. Rozrastające się miasta, których mieszkańcy używają coraz więcej urządzeń wymagających energii elektrycznej i których przyszłością są samochody elektryczne potrzebują skoncentrowanych źródeł energii. Jeśli spróbujemy przestawić się na energię odnawialną, to gęstość źródeł energii spadnie, gdy tymczasem potrzebujemy jej wzrostu.
Przejście na energetykę odnawialną wymaga też całkowitego przeprogramowania i przebudowy systemów energetycznych. Proces ten właśnie trwa w wielu miejscach na świecie. Jednak może go zatrzymać szybkie pojawienie się energii z fuzji jądrowej. Skomercjalizowanie tego typu systemu produkcji energii zaważyłoby nie tylko na losach energetyki opartej na węglu, ale również tej opartej na słońcu i wietrze.
Mike Delage, prezes ds. technologicznych firmy General Fusion twierdzi, że komercyjna fuzja jądrowa może zadebiutować na rynku już za 10 lat. Jednym z powodów, dla których tak twierdzi, jest rosnące zainteresowanie tym rynkiem ze strony prywatnego biznesu. Piętnaście lat temu na tym rynku działało General Fusion i jedna lub dwie inne firmy. Teraz wiemy o istnieniu ponad 20 firm, mówi Delage. Jedną z nowych firm jest Commonwealth Fusion Systems z MIT, który został dofinansowany kwotą 50 milionów USD przez włoskiego giganta energetycznego ENI.
Wielu ekspertów twierdzi jednak, że na komercyjne reaktory fuzyjne będziemy musieli poczekać do około 2050 roku. Niezależnie jednak od tego, czy energię z fuzji opanujemy za 10 czy za 30 lat, jej pojawienie się doprowadzi do marginalizacji dotychczasowych metod produkcji energii, zauważa fizyk Allan Offenberger, który pracował jako doradca wielu rządów na całym świecie. Jednak, jak dodaje uczony, tak perspektywa 10, jak i 30 lat to zbyt długo, by czekać. Należy przestawiać gospodarkę na energię odnawialną, energetyka oparta na węglu, chociaż będzie odgrywała coraz mniejsze znaczenie, wciąż będzie potrzebna, a kluczową rolę w okresie przejściowym odegra energia atomowa. Reaktory fuzyjne nie pojawią się na tyle szybko, byśmy mogli błyskawicznie przerwać emisję gazów cieplarnianych. Potrzebujemy okresu przejściowego, po którym fuzja jądrowa będzie głównym źródłem energii. To jednak potrwa. Można tylko powiedzieć, że stanie się to w obecnym wieku, dodaje Offenberger.
« powrót do artykułu
-
-
Recently Browsing 0 members
No registered users viewing this page.