• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Największe na świecie urządzenie do syntezy jądrowej wraca do pracy

    05.09.2011. 17:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Wrzesień to powszechnie miesiąc, w którym sprawy zaczynają ponownie nabierać tempa i tak samo dzieje się w świecie badań nad syntezą jądrową.

    Europejscy naukowcy pracujący nad największym na świecie tokamakiem JET (Joint European Torus) właśnie rozpoczynają pierwszą rundę doświadczeń po 22-miesięcznej przerwie w pracy urządzenia, w trakcie której było ono modernizowane a następnie uruchamiane.

    Naukowcy z projektu JET badają potencjał energii termojądrowej jako bezpiecznego, czystego i praktycznie nieograniczonego źródła energii dla przyszłych pokoleń. Koordynacja badań opiera się na "Europejskim porozumieniu w sprawie rozwoju syntezy jądrowej" (EFDA), które zostało podpisane przez wszystkie 27 państw członkowskich oraz Szwajcarię. Projekt JET jest jednym z etapów przygotowawczych prowadzących do uruchomienia międzynarodowego eksperymentalnego reaktora termojądrowego (ITER).

    W toku międzynarodowego projektu badawczo-inżynieryjnego ITER, dofinansowanego częściowo ze środków Komisji Europejskiej z tematu "Badania nad syntezą jądrową" Siódmego Programu Ramowego (7PR) w ramach traktatu Europejskiej Wspólnoty Energii Atomowej (Euratom), prowadzona jest obecnie budowa największego na świecie i najbardziej zaawansowanego tokamaka - eksperymentalnego reaktora syntezy jądrowej w Cadarache we Francji. Projekt ITER ma umożliwić przejście od badania fizyki plazmy do budowy wielkich elektrowni termojądrowych wytwarzających energię elektryczną.

    Wytwarzanie energii termojądrowej polega na odzwierciedleniu procesu uwalniania energii, w którym następuje synteza lekkich jąder atomowych prowadząca do powstawania cięższych atomów. Taki proces zachodzi w gwiazdach i naukowcy mają nadzieję, że może zostać odtworzony w elektrowniach termojądrowych na Ziemi. W reaktorze termojądrowym następuje synteza jąder izotopów wodoru, deuteru i trytu w wysokich temperaturach, co prowadzi do powstania helu i wysokoenergetycznych neutronów. Komercyjna elektrownia wykorzysta ciepło wygenerowane przez neutrony, spowolnione przez gęstszy materiał, do wyprodukowania energii elektrycznej. Ponadto reakcje termojądrowe zachodzą w temperaturze przekraczającej 100 mln stopni.
    Naukowcy twierdzą, że w procesie termojądrowym nie powstają gazy cieplarniane ani długożyciowe odpady radioaktywne.

    Tokamak JET, który znajduje się w Culham Centre for Fusion Energy w Wlk. Brytanii, jest jedynym urządzeniem zdolnym do pracy z mieszanką paliwową deuter-tryt, która będzie wykorzystywana w reaktorze ITER i komercyjnych elektrowniach termojądrowych.

    W czasie wydłużonej przerwy w eksperymentach, tokamak JET został wyposażony w całkowicie nową "ścianę ITERową", stając się pierwszym urządzeniem termojądrowym do testowania materiałów, które zostaną użyte w reaktorze ITER. Naukowcy zdemontowali i wymienili około 86.000 komponentów, wykorzystując w dużej mierze zdalną technologię obsługi. Wnętrze zbiorników jest obecnie wykonane z płytek berylowo-wolframowych. Beryl zastosowano w głównej ścianie, a wolfram i jego wysoka temperatura topnienia, zostały wykorzystane w elemencie wylotowym nazywanym "diwerterem", który ma wytrzymywać strumień o wysokiej temperaturze.

    Lorne Horton, kierownik wydziału JET EFDA, zauważa: "Planowane eksperymenty mają zweryfikować, czy materiały wybrane na ścianę reaktora ITER zachowają się zgodnie z oczekiwaniami."

    Kierownik EFDA Francesco Romanelli wypowiedział się na temat prac udoskonalających tokamaka JET: "To prawdopodobnie największe przedsięwzięcie związane z tokamakiem JET poza zbudowaniem samego urządzenia. Dzięki doświadczeniu i zaangażowaniu wielu laboratoriów termojądrowych zespołowi JET udało się zbudować mały reaktor ITER. Mieliśmy doskonały start uzyskując wysokiej czystości plazmę w warunkach odpowiednich dla reaktora ITER - obiecujący sygnał, jeżeli chodzi o zastosowanie tych materiałów w reaktorze ITER."

    Kolejnym udoskonaleniem wprowadzonym w czasie tego prawdziwego "termojądrowego przeglądu technicznego" jest 50% wzrost mocy grzewczej. Dzięki tej dodatkowej mocy tokamak JET osiągnie wyższe temperatury plazmy i zbliży się do warunków reaktora ITER. Nowe systemy diagnostyczno-sterownicze opracowane przez laboratoria stowarzyszone z EFDA umożliwią dogłębniejsze badanie problemów naukowych związanych z reaktorem ITER z wyprzedzeniem.

    Maximos Tsalas, naukowiec pracujący wcześniej nad projektem JET, był w sterowni 24 sierpnia, kiedy naukowcy zgromadzili się, aby obejrzeć wielką odsłonę tokamaka JET po unowocześnieniu i przekonać się, czy wyprodukuje pierwszą plazmę po zamontowaniu nowej ściany ITERowej.
    "Rozstałem z projektem JET ponad rok temu. Wracając widzę zdumiewające postępy. Tokamak JET stał się zupełnie nowym urządzeniem. Czuję się wyjątkowo uprzywilejowany, biorąc udział w pierwszej serii eksperymentów. Najbliższa kampania będzie niezwykle wymagająca i wszyscy chcemy się przekonać, jak sprawdzą się nowe systemy oraz dowiedzieć się, jak prowadzić obsługę z nową ścianą. Tokamak JET będzie stopniowo doprowadzany do pełnej mocy, aby umożliwić odpowiednie badania nad materiałami do reaktora ITER w warunkach zbliżonych to tych, w jakich będzie on pracować" - stwierdza.

    Pierwsza plazma z nową ścianą ITERową utrzymała się 15 sekund - ku zdumieniu naukowców. Peter Lomas, kierownik Pionu Plazmowego, powiedział:
    "Uzyskaliśmy plazmę bez zanieczyszczeń i to za pierwszym podejściem. Byliśmy przygotowani na trudności, a osiągnęliśmy to, co zwykle osiągaliśmy ze starą ścianą węglową. To dopiero niespodzianka."

    Jak potwierdza Guy Matthews, kierownik projektu ITER-Like Wall: "Nasze pierwsze spostrzeżenia po spektroskopii wskazują, że plazma była bardzo czysta. Uzyskaliśmy naprawdę imponujący wynik zważywszy na tak znaczącą liczbę nowych komponentów."

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Europejskie Wspólne Przedsięwzięcie na rzecz Realizacji Programu ITER i Rozwoju Energii Termojądrowej, Fuzja dla Energii (ang. The European Joint Undertaking for ITER and the Development of Fusion Energy lub Fusion for Energy) – organizacja mająca na celu budowę eksperymentalnego reaktora termojądrowego (ITER) utworzona w ramach Euratomu 19 kwietnia 2007 roku na mocy decyzji Rady Europejskiej. Siedziba organizacji znajduje się w Barcelonie. JT-60- japoński toroidalny tokamak. Doświadczenia zdobyte podczas budowania urządzenia są wykorzystywane w międzynarodowym projekcie ITER. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) - dosł. Międzynarodowy Eksperymentalny Reaktor Termonuklearny - reaktor termonuklearny, jak również międzynarodowy program badawczy z nim związany, którego celem jest zbadanie możliwości produkowania na wielką skalę energii z kontrolowanej fuzji jądrowej. Głównym zadaniem jest budowa wielkiego tokamaka, wzorowanego na wcześniej budowanych mniejszych DIII-D, TFTR, JET, JT-60 i T-15. Program jest przewidywany na 30 lat (10 lat budowy i 20 lat pracy reaktora), i ma kosztować w przybliżeniu 10 miliardów . Tym samym jest to drugi najdroższy na świecie program badawczy, tańszy jedynie od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Według decyzji z dnia 28 czerwca 2005 tokamak powstanie w Cadarache w pobliżu Marsylii, na południu Francji. W projekcie uczestniczą finansowo i naukowo: Unia Europejska, Japonia, Rosja, Stany Zjednoczone, Chiny (od 2003), Korea Południowa (od 2003) i Indie (od 2005). Przed przystąpieniem do programu Indii zakładano, że Unia Europejska pokryje 50% kosztów jego budowy, a pozostałe strony po 10% każda w formie komponentów.

    Angara-1 – radzieckie urządzenie do badań nad syntezą termojądrową zbudowane w latach 70. XX wieku w Instytucie Energii Atomowej im. Kurczatowa. Urządzenie mogło wytworzyć plazmę o energii 1 MeV i prądzie 150-330 kA, gęstości prądu 30 MA/cm², maksymalnej mocy wiązki 250 GW, i energii zgromadzonej w wiązce na poziomie 15 kJ. W 1980 roku dobudowano do niego akcelerator o energii 5 MJ. Kontrolowana synteza termojądrowa - reakcja termojądrowa, która miałaby podlegać kontrolowanemu przebiegowi. Główną motywacją kontrolowania syntezy termojądrowej jest wykorzystanie jej jako źródła energii.

    Reaktor fuzyjny – reaktor jądrowy realizujący kontrolowaną syntezę termojądrową lekkich jąder, na przykład jąder trytu z jądrami deuteru (tzw. fuzji), w wyniku której powstaje jądro helu, wolny neutron i uwalnia się duża ilość energii. Do poprawnego działania reaktora potrzebne są potężne elektromagnesy mające na celu utrzymanie plazmy z dala od ścian reaktora. Magnetyczne uwięzienie plazmy, pułapka magnetyczna – podejście do uzyskania kontrolowanej syntezy termojądrowej, które wykorzystuje pole magnetyczne do uwięzienia paliwa dla syntezy jądrowej będącego plazmą.

    Tokamak (z ros.Toroidalnaja Kamiera s Magnitnymi Katuszkami, język rosyjski: „toroidalna komora z cewką magnetyczną”) – urządzenie do przeprowadzania kontrolowanej reakcji termojądrowej. Główna komora ma kształt torusa. Dzięki elektromagnesom tworzony jest pierścień plazmy. Komora wypełniona jest zjonizowanym gazem (deuterem albo mieszaniną deuteru i trytu). Zmienne pole magnetyczne pochodzące z transformatora indukuje prąd elektryczny w pierścieniu gazu. Prąd ten powoduje wyładowania w gazie. Zachodzi jeszcze większa jego jonizacja i ogrzewanie. W końcu tworzy się gorąca plazma. Gorąca plazma jest utrzymywana w zwartym słupie wewnątrz pierścienia dzięki silnemu polu magnetycznemu. Polywell ("wielostudnia") jest pomysłem na uwięzienie plazmy, który łączy elementy jej magnetycznego i inercyjnego elektrostatycznego uwięzienia, z ostatecznym celem uzyskania energii z reakcji kontrolowanej syntezy termojądrowej.

    Tokamak Fusion Test Reactor, TFTR (pl. Testowy Reaktor Termojądrowy Tokamak) - był to eksperymentalny reaktor termojądrowy typu tokamak, zbudowany w Princeton Plasma Physics Laboratory (Princeton, New Jersey) około roku 1980.

    Fuzja aneutronowa – jakakolwiek forma kontrolowanej syntezy termojądrowej, w której nie więcej niż 1% całkowitej uwolnionej energii jest unoszone przez neutrony. Ponieważ najłatwiejsza do wywołania synteza deuter-tryt (DT) uwalnia aż do 80% energii w postaci promieniowania neutronowego, jej stosowanie wymaga silnego ekranowania, zdalnego manipulowania i zapewnienia wymogów bezpieczeństwa. Udana aneutronowa synteza jądrowa znacznie ograniczyłaby te problemy. Energia unoszona przez naładowane cząstki mogłaby także być łatwiejsza do przetworzenia na prąd elektryczny. Wszystkie znane typy aneutronowej fuzji wymagają jednak znacznie bardziej ekstremalnych warunków (temperatury i ciśnienia) od wymaganych przez syntezę DT. Prowadzone są prace nad uzyskaniem aneutronowej fuzji przy wykorzystaniu metody polywell. Jednym z urządzeń mogącym wywołać w kontrolowany sposób warunki niezbędne do zajścia takiej fuzji jest Maszyna Z (Z machine) w Sandia National Laboratories.

    Ładunek termojądrowy − (także: wodorowy) ładunek wybuchowy w którym głównym źródłem energii wybuchu jest niekontrolowana i samopodtrzymująca się reakcja łańcuchowa w podczas której izotopy wodoru (najczęściej deuteru i trytu) łączą się pod wpływem bardzo wysokiej temperatury tworząc hel w procesie fuzji nuklearnej. Niezbędna do zapoczątkowania fuzji temperatura uzyskiwana jest w drodze detonacji ładunku jądrowego. Ładunki tego typu z uwagi na swą niekontrolowaną naturę, znajdują jedynie wojskowe zastosowanie destrukcyjne.

    Dodano: 05.09.2011. 17:17  


    Najnowsze