tokamak czyli jak zamknąć słońce w obwarzanku ?
DESCRIPTION
TOKAMAK czyli jak zamknąć Słońce w obwarzanku ?. dr inż. Monika Lewandowska. Światła wielkich miast na Ziemi widziane z kosmosu. Spalanie paliw kopalnych związane jest z emisją spalin, powodujących niekorzystne zmiany w środowisku. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
TOKAMAK czyli jak zamknąć Słońce w obwarzanku ?
dr inż. Monika Lewandowska
Światła wielkich miast na Ziemi widziane z kosmosu
Spalanie paliw kopalnych związane jest z emisją spalin, powodujących niekorzystne zmiany w środowisku
Siedem lekkich jąder atomowych odgrywających najważniejszą
rolę w reakcjach kontrolowanej fuzji
jądrowej
1H - w o d ó r
2H lu b D - d eu ter
3H lu b T - try t
3H e - h el-3
1
1
1
2
4H e - h el-42
6L i - lit-63
7L i - lit-73
Synteza jądrowa jest źródłem energii Słońca i innych gwiazd
Reakcje syntezy jądrowej stosunkowo łatwe do przeprowadzenia na Ziemi
D + T 4H e (3 .5 M eV ) + n (1 4 .1 M eV )D + D 3H e (0 .8 2 M eV ) + n (2 .4 5 M eV )D + D T (1 .0 1 M eV ) + H (3 .0 2 M eV )D + 3H e 4H e(3 .6 M eV ) + H (1 4 .7 M eV )
Otrzymywanie trytu7L i + n 4H e + T + n - 2 .4 7 M eV6L i + n 4H e (2 .0 5 M eV ) + T (2 .7 3 M eV )
Jądra deuteru i trytu łączą się ze sobą
W wyniku reakcji fuzji powstaje jądro helu-4 oraz neutron i wydziela się łącznie 17.6 MeV energii.
W bardzo wysokich temperaturach elektrony odrywają się od atomów tworzy się zjonizowany
gaz zwany plazmą
Zdjęcie gorącej plazmy wykonane
przez okienko kwarcowe w
komorze tokamaka JET
Warunek zapłonu plazmy
Temperatura plazmy Ti : 100-200 milionów oC
Gęstość plazmy ni : 2-3 m-3 (około 1 mg/m3)
Czas utrzymania energii E : ok. 5 s
2010
Na cząstki naładowane poruszające się w polu magnetycznym działa siła Lorentza:
Powoduje ona wirowy ruch ładunków wokół linii sił pola magnetycznego z częstotliwością cyklotronową:
BvqF
mqBf c 2
Kolumna plazmy w polu
magnetycznym
Pola magnetyczne utrzymujące plazmę w tokamaku
Podstawowe elementy systemu pól magnetycznych w tokamaku (JET)
Kabel nadprzewodzącyzaprojektowany do
zastosowania w cewkach magnetycznychtokamaka ITER
Podstawowe metody wytwarzania i ogrzewania plazmy
Antena używana do ogrzewania plazmy za
pomocą fal elektromagnetycznych
w ścianie komory tokamaka TORE
SUPRA
Zasada wytwarzania wysokoenergetycznej wiązki atomów neutralnych
Największe tokamaki
Tokamak Kraj R [m] I [MA] B [T] RokITERJET
JT-60UTFTR
Tore SupraDIII-D
ASDEXTEXTOR
FT-U
ŚwiatUE
JaponiaUSA
FrancjaUSA
NiemcyNiemcyWłochy
6.22.963.22.52.41.671.671.750.82
157
4.52.72.03.01.40.81.2
5.33.54.45.64.22.13.52.67.5
201519831991198219881986199119941992
Uproszczonyschemat budowy
tokamaka JET
(w przekroju)
Wnętrze komory
tokamaka TEXTOR
Postęp badań nad fuzją jądrową
Zasada działania przyszłych elektrowni termojądrowych
Zalety fuzji jądrowej jako źródła energii
• Ogromne ilości uwalnianej energii• Bezpieczeństwo• Obfite zasoby paliwa (deuteru i litu)• Bieżąca eksploatacja nie wymaga przewozu materiałów radioaktywnych• Brak emisji gazów cieplarnianych• Jeśli do budowy zostaną wykorzystane odpowiednie materiały, odpady radioaktywne nie staną się ciężarem dla przyszłych pokoleń
Porównanie zużycia paliw potrzebnych do rocznej produkcji elektryczności o mocy 1000 MW
Źródło energii Zużycie OdpadyWęgiel kamiennyRopa naftowa
Rozszczepienie jądra Ogniwa fotowoltaiczneFuzja jądrowa
2 700 000 t1 900 000 t
32 t UO2
100 km2 Europa50 km2 Sahara
100 kg D150 kg T
(300 kg 6Li)
10 000 000 t CO2
219 000 t SO2
29 000 t NOx
32 t odpadów radioaktywnych
400 kg He
www.jet.efda.org