• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Polscy fizycy pomagają w budowie reaktora termojądrowego W7-X

    30.10.2009. 22:44
    opublikowane przez: Piotr aewski-Banaszak

    Od kilku lat polscy fizycy biorą udział w budowie eksperymentalnego reaktora termojądrowego Wendelstein 7-X w niemieckim Greifswaldzie. Opracowane tu technologie i materiały zostaną wykorzystane m.in. przy budowie reaktora termojądrowego ITER, pierwszego urządzenia tego typu, które będzie wytwarzało więcej energii niż potrzeba do jego działania. 28 października ośrodek odwiedził wiceminister nauki i szkolnictwa wyższego prof. Jerzy Szwed.

    Minister zapoznał się przygotowaniami do przedsięwzięcia i z wkładem polskich zespołów w trwające prace.

    "Jest to ogólnoeuropejski projekt o istotnym znaczeniu społecznym i naukowym" - wyjaśnia rzecznik Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku (IPJ), dr Marek Pawłowski. Gdyby udało się przeprowadzić kontrolowaną syntezę termojądrową, ludzkość miałaby zapewnione bezpieczeństwo energetyczne na tysiąclecia.

    "Ze względu na duży udział polskich naukowców w budowie decyzja polskiego ministra o dalszym zaangażowaniu naszych instytutów w budowę urządzenia jest wyczekiwana również przez niemieckich partnerów" - zaznacza Pawłowski.

    Dodaje, że Polsce, udział w budowie reaktora W7-X gwarantuje proporcjonalny dostęp do eksperymentów, które będą w nim przeprowadzane, oraz zapewnia prawa do opracowanych tu wynalazków.

    "Udział w dużych projektach międzynarodowych ma kluczowe znaczenie dla naszej nauki. Dzięki pracom przy stellaratorze W7-X utrzymamy renomowaną pozycję polskiej fizyki na arenie międzynarodowej, a firmy z kraju zdobędą doświadczenia pozwalające konkurować na rynku światowym o udział w realizacji największych międzynarodowych przedsięwzięć, takich jak: ITER czy akcelerator jonów i antyprotonów FAIR" - podkreśla prof. Grzegorz Wrochna z IPJ.

    Polska w przygotowaniach do uruchomienia reaktora W7-X uczestniczy już od 2006 r. W montażu elementów urządzenia uczestniczą naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Fizycy z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku i Politechniki Wrocławskiej wykonali prace wstępne umożliwiające podjęcie decyzji o budowie injektora wiązki neutralnej (służącej do podgrzewania plazmy) - bez tego urządzenia reaktor działałby, ale osiągnąłby istotnie gorsze parametry.

    Obliczenia strukturalne wykonują inżynierowie z Politechniki Warszawskiej, z kolei naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy pracują nad diagnostyką neutronową i miękkiego promieniowania X. Naukowcy z Politechniki Opolskiej opracowują diagnostykę spektroskopową, a z Uniwersytetu Szczecińskiego - diagnostykę falową.

    Synteza termojądrowa jest reakcją zachodzącą powszechnie we Wszechświecie - to główne źródło energii gwiazd. Proces polega na łączeniu jąder lekkich pierwiastków, zazwyczaj izotopów wodoru, w cięższe jądra. Ponieważ mają one mniejszą masę niż suma mas składników, nadmiarowa masa zamienia się w ogromne ilości energii.

    "Przeprowadzenie kontrolowanej syntezy termojądrowej jest niezwykle trudne, bo protony w jądrach mają ten sam ładunek elektryczny, który silnie odpycha je od siebie" - mówi prof. Jacek Jagielski z IPJ. Aby doszło do syntezy termojądrowej, należy przezwyciężyć siłę tego odpychania. W tym celu paliwo należy doprowadzić do stanu plazmy o niezwykle wysokiej temperaturze.

    "O skali wyzwań świadczy fakt, że w poprzednim reaktorze, Wendelstein 7-AS, temperatura plazmy sięgała 79 milionów stopni. My nad tak gorącą materią musimy perfekcyjnie panować" - podkreśla prof. Jagielski. Metody diagnostyki plazmy o tak ekstremalnej temperaturze mają być opracowane właśnie w reaktorze W7-X.

    Jak wyjaśnia rzecznik IPJ, obecnie syntezę termojądrową próbuje się przeprowadzać za pomocą dwóch typów urządzeń: tokamaków i stellaratorów.

    Tokamak ma komorę próżniową w kształcie torusa (obważanka), otoczonego silnymi magnesami. Plazma z izotopów wodoru, zawieszona w polu magnetycznym, jest podgrzewana do ekstremalnie wysokiej temperatury i musi być stabilizowana prądem płynącym przez tę plazmę, co stwarza dużo problemów natury technicznej. Największy konstruowany obecnie tokamak to reaktor termojądrowy ITER w Cadarache we Francji. Jest to ogólnoświatowe przedsięwzięcie, którego całkowity koszt wyniesie ponad 10 mld euro.

    Zaletą drugiego typu urządzeń do syntezy termojądrowej - stellaratorów jest zaś to, że plazma stabilizuje się sama, bez konieczności przepuszczania przez nią prądu. Aby uzyskać ten efekt, plazma musi być ukształtowana w sposób przypominający kilkukrotnie skręconą wstęgę M"biusa. Wiąże się to z koniecznością budowy skomplikowanej komory, otoczonej cewkami magnesów o złożonych kształtach.

    Budowany za 2 mld euro stellarator W7-X w Greifswaldzie to największe urządzenie tego typu. Jego komora będzie ważyć ok. 800 ton, a otaczające ją cewki wytworzą pole magnetyczne o indukcji aż 15 Tesli (ziemskie pole magnetyczne, które obraca wskazówki kompasów, ma indukcję kilkaset tysięcy razy mniejszą). Przewiduje się, że stellarator W7-X w Greifswaldzie rozpocznie pracę w 2014 roku.

    Źródło:
    PAP - Nauka w Polsce

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Magnetyczne uwięzienie plazmy, pułapka magnetyczna – podejście do uzyskania kontrolowanej syntezy termojądrowej, które wykorzystuje pole magnetyczne do uwięzienia paliwa dla syntezy jądrowej będącego plazmą. 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. 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.

    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. 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. 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.

    Inercyjne uwięzienie elektrostatyczne plazmy (skrót ang. IEC) to koncepcja polegająca na uwięzieniu plazmy przy użyciu pola elektrostatycznego. Pole to przyspiesza naładowane cząstki (jony albo elektrony) promieniście do wewnątrz, zwykle w geometrii sferycznej, ale niekiedy w cylindrycznej. Jony mogą być więzione przy użyciu IEC aby uzyskać kontrolowaną syntezę termojądrową w fuzorach i reaktorach typu polywell. Gersz I. Budker (ur. 1 maja 1918 w Murafie, zm. 4 lipca 1977 w Nowosybirsku) – rosyjski fizyk. Autor prac dotyczących teorii reaktorów jądrowych, kontrolowanych reakcji termojądrowych, akceleratorów cząstek naładowanych oraz fizyki plazmy. W 1956 roku stworzył ideę wiązek przeciwbieżnych, która stała się podstawą budowy nowoczesnych akceleratorów. Był dyrektorem Instytutu Fizyki Jądrowej Syberyjskiego Oddziału Akademii Nauk ZSRR.

    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.

    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.

    Broń jądrowa – rodzaj broni masowego rażenia wykorzystującej wewnątrzjądrową energię wydzielaną podczas niekontrolowanej łańcuchowej reakcji rozszczepienia jąder ciężkich pierwiastków (uranu i plutonu – broń atomowa) lub reakcji termojądrowej syntezy lekkich pierwiastków z wodorubomba wodorowa – o sile wybuchu znacznie większej od broni atomowej. Podobnie do każdego innego rodzaju broni, broń jądrowa jest trudna do jednoznacznego zdefiniowania. Według jednak amerykańskiego Departamentu Obrony, bronią jądrową jest kompletne urządzenie w jego zamierzonej ostatecznej konfiguracji, które po zakończeniu procedur i procesów uzbrojenia, fuzji oraz sekwencji odpalenia, zdolne jest do produkcji zamierzonej reakcji nuklearnej oraz uwolnienia energii.

    Dodano: 30.10.2009. 22:44  


    Najnowsze