Paryż, Pałac Elizejski 21 listopada 2006

Transkrypt

1 Paryż, Pałac Elizejski 21 listopada 2006 Ceremonia podpisania porozumienia ITER (Travin, Iwaya, Guanhua, Barroso, Chirac, Kim, Kakodahr, Orbach, Potocnik)

2 Energia jądrowa Albert Einstein,1905: E = mc 2 Ernest Rutherford, 1934: Any one who expects a source of power from the transformation of the atom is talking moonshine Enrico Fermi, Chicago, 1942 pierwszy stos atomowy Obnińsk, 1954 pierwsza elektrownia atomowa, 5 MW 2 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

3

4 Energia fuzji i rozszczepienia Reakcje fuzji Reakcje fuzji uwalniają znacznie więcej energii niż reakcje rozszczepienia

5 Reakcje fuzji Deuter z wody morskiej (0.02% wodoru w wodzie to wodór ciężki, czyli deuter) Tryt z litu (lekkiego metalu występującego w skorupie ziemskiej i w wodzie morskiej) Energia uwolniona 26 MWh/g (dla 5000 gospodarstw domowych przez 1 dzień)

6 R.S. Pease (former director UK Fusion Programme), 1956 Our vision is of a power station, sited perhaps on the coast, with a pipe bringing water from the sea, helium leaving by the chimney and electrical power flowing into the grid. We do not know what to put inside the power station 6 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

7 JET/ITER (krótka historia) 1950 Ławrentiew, Sacharow,Tamm: koncepcja tokamaka 1958 konferencja w Genewie 1968 Nowosybirsk: świat dowiaduje się o tokamakach (Arcymowicz) 1973 decyzja o budowie JETa 1983 JET zaczyna działać pod auspicjami EURATOMu 1986 ITER: inicjatywa Gorbaczowa, Reagana i Mitteranda 1988 rusza projekt ITER MW mocy w JET (eksperyment D-T) 2005 ITER w Cadarache 2006 Porozumienie ITER (Paryż, 21 listopada) 7 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

8 8

9 9

10

11

12 Profile radialne Ci śnienie p nkt Gęstoś ć prądu toroidalnego j Współ czynnik bezpieczeństwa q q = liczba obrotów toroidalnych / liczba obrotów poloidalnych Prąd bootstra j BS p j p BS

13 Profile ciśnienia, gęstości prądu, współczynnika bezpieczeństwa q i prądu BS

14 Podstawowe parametry Bezwymiarowy promień Larmora * ρ = ρ L / a Bezwymiarowa częstoś ć zderzeń * ν = częstoś ć zderzeń / częstoś ć ruchu bananowego Wspó ł czynnik β β N N = ci śnienie plazmy / ci śnienie magnetyczne Prawo skalowania ω τ c E τ β ν E N ρ 0.66 * 2.8 * 0.09 = I B R n a A M P

15

16

17 Scenariusze dla ITERa ELMy H-Mode i Advanced Modes Bariera wewnętrzna (JET) Bariera zewnętrzna ASDEX mod H (Wagner 82) Przyczyna: przepływy w plazmie brzegowej (Burrel 97)

18 W jaki sposób można kontrolować turbulencję w plazmie? Mod H Mod zaawansowany Turbulencja zredukowana X.Garbet,CEA Monotoniczny profil q (~ 1 / profil j) Prąd j Odwrócony profil q

19 Nieliniowe sprzężenie pomiędzy profilami prądu elektr. i ciśnienia dla modu zaawansowanego Odwrócony profil q wskutek LHCD Zredukowana turbulencja: duży gradient p Prąd j poza osią: modyfikacja profilu q Duży gradient p: prąd BS poza osią Dodatkowo dyfuzja prądu: q(r) relaksuje do profilu monotonicznego niezbędna jest aktywna kontrola profili j(r) i p(r)

20 Podstawowe parametry Moc fuzji σ 2 Pf n v Czas utrzymania energii τ E = energia plazmy / moc grzania Współ czynnik wzmocnienia Q = moc fuzji / moc grzania Q = 1 breakeven (JET: Q = 0.75; ITER: Q =10) Q = zapł on (ignition) Samonagrzewani e f = α Q /( Q + 5)

21 Kryterium Lawsona n τ T E i 21-3 > 10 (m s kev) co oznacza, że τ E > 5 s

22 22

23 JET jest podstawą koncepcji ITERa ITER JET Przekroje tokamaków typu ITER 23

24 JET dla ITERa Scenariusze ELMy H-mode stan stacjonarny bez prądu indukcyjnego (NBI, ICRH, LHCD, BS) Tryt Antena ICRH Materiały pierwszej ściany (Be + W/C) 24 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

25 Fig. 1(a) ITER primary materials choice backup solution is all tungsten Fig. 1(b) JET first priority is to test an all W divertor matches ITER back-up or second phase option. Fig. 1(c) JET second choice match to ITER primary choice the issue of W coating of the LBSRP is however open.

26 Problemy, które ITER rozwiąże Plazma gorejąca (scenariusze zaawansowane) Niestabilności generowane nadtermicznymi cząstkami α Usuwanie popiołu helowego Nagrzewanie plazmy (systemy NBI i RFH) Magnesy nadprzewodzące Technologie trytu Stan stacjonarny Podtrzymywanie prądu w plazmie (LHCD) 26 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

27 Problemy, których ITER nie rozwiąże Charakteryzacja materiałów Wytrzymałość materiałów Produkcja trytu (samowystarczalność) Przemysłowa produkcja elektryczności 27 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

28 Co dalej? 10 mld to nie tak dużo podatnik UE płaci 2,5 rocznie Szybka ścieżka (David King) IFMIF DEMO 28 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

29

30

31 Problemy, których ITER nie rozwiąże Charakteryzacja materiałów (IFMIF) Wytrzymałość materiałów (IFMIF/DEMO) Produkcja trytu (DEMO) Przemysłowa produkcja elektryczności (DEMO) 31 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

32 Materiały konstrukcyjne (Fe, Cr, V, Ti, W, Si, C mała aktywacja) Stale RAFM Eurofer 97: 5 lat strumień 1.5x10 15 n cm -2 s msv/h po latach (za dużo) Stale (ODS) RAFM Stopy wanadu (V-Cr-Ti): 10 µsv/h Stopy wolframu Ceramiki SiC/SiC f 32 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

33 Materiały osłonowe (3-30 dpa/rok) Osłona ściany JET: grafit i CFC Alcator C-Mode, MIT; FTU, Frascati: molibden ASDEX UG, IPP: wolfram ITER: beryl DEMO: stopy W, ciekłe metale (Li) Diwertor JET: grafit i CFC ITER: CFC + wolfram DEMO: stopy W, SiC/SiC f z pokryciem W, ciekłe metale (Li, Ga, Sn, SnLi) 33 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

34 Materiały specjalne Powielanie neutronów Be, BeTi, BeV, Pb Produkcja trytu Li, eutektyka Pb-Li, LiTi (ceramika) Nadprzewodniki (NbTi, NbSn, HTS) Izolatory ceramiczne Okna dielektryczne i optyczne Światłowody 34 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

35 Arcymowicz (1973) Na pytanie: kiedy fuzja będzie opanowana? 35 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

36

37 Świat potrzebuje energii Powiedzenie arabskie: Mój ojciec jeździł na wielbłądzie, ja prowadzę samochód, mój syn lata samolotem, a jego syn będzie jeździł na wielbłądzie Czy tak będzie? Bardzo możliwe ludność świata: 8 mld w roku 2025, 12 mld w 2100; potrzeba 30 TW energii (13 TW obecnie), z czego 20 TW czystej (bez CO 2 ) ropa naftowa wyczerpuje się, gazu wystarczy na dłużej, węgla na bardzo długo, ale Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

38 Protokół z Kioto (maks. 570 ppm CO 2e ) W ciągu 100 lat poziom CO 2e podniósł się o 1/3 i wynosi 430 ppm Sir Nicholas Stern: potrzeba 200 mld funtów rocznie (1% PGB), aby ustabilizować stężenie CO 2e na poziomie 550 ppm Alternatywą są źródła odnawialne i jądrowe 38 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

39 Źródła odnawialne wiatr, fale, energia geotermiczna, biomasa nie są w stanie domknąć bilans energii energia słoneczna bardzo droga i nie tam, gdzie jest potrzebna 39 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

40 Energia jądrowa: rozszczepienie Długożyciowe (rzędu tysięcy lat) odpady radioaktywne Brak akceptacji społecznej (to się zmienia) Ale: czysta (ekologiczna) ekonomiczna, cena porównywalna z ceną energii z paliw kopalnych nowe możliwości (powielanie, HTR, symbioza z węglem) 40 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

41 Energia jądrowa: synteza zalety (wiele): bezpieczna ekologiczna (nie ma emisji CO 2 i odpadów radioaktywnych) nieograniczona w czasie i przestrzeni wada (jedna): nie istnieje elektrownia syntezy jądrowej, ani nawet jej prototyp 41 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

42 Elektrownia węglowa i elektrownia syntezy (7 mld kwh w ciągu roku) Elektrownia spalająca węgiel 3 miliony ton węgla 11 milionów ton CO 2 co najmniej jedna ofiara śmiertelna Elektrownia syntezy 100 kg deuteru + 3 tony litu zero emisji CO 2 do atmosfery brak odpadów radioaktywnych 42 Konwersatorium Wydziału Fizyki PW, 14 grudnia 2006 A. Gałkowski

43 Źródła informacji: