VIII-Energia fuzji termojądrowej nadzieją świata

Podobne dokumenty
Energetyka jądrowa. Energetyka jądrowa

Posiedzenie Naukowe Komisji Nauk Geologicznych O/PAN w Krakowie r, AGH

Reakcje syntezy lekkich jąder

Reakcje syntezy lekkich jąder

Reakcja rozszczepienia

FIZYKA III MEL Fizyka jądrowa i cząstek elementarnych

Skonstruowanie litowo-deuterowego konwertera neutronów termicznych na neutrony prędkie o energii 14 MeV w reaktorze MARIA (Etap 14, 5.1.

Energia przyszłości. dr Paweł Sobczak

Reakcje rozszczepienia i energetyka jądrowa

FUZJA LASEROWA JAKO PRZYSZŁE ŹRÓDŁO ENERGII

ELEKTROWNIA JĄDROWA W WOJEWÓDZTWIE ZACHODNIOPOMORSKIM. Mariusz P. Dąbrowski Konrad Czerski ( )

Fizyka jądrowa cz. 2. Reakcje jądrowe. Teraz stałem się Śmiercią, niszczycielem światów. Robert Oppenheimer

Promieniowanie jonizujące

KONKURS Z FIZYKI I ASTRONOMII. Fuzja jądrowa. dla uczniów gimnazjum i uczniów klas I i II szkół ponadgimnazjalnych

Plazma czwarty stan materii

Ryszard Biernikowicz (PTMA Szczecin) 5 stycznia 2017r. Elektrownie termojądrowe, czyli jak rozpalić energię gwiazd na Ziemi?

Synteza jądrowa (fuzja) FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

XLI Zjazd Fizykow Polskich, Lublin Seabrook, New Hampshire, USA

Fizyka współczesna. Jądro atomowe podstawy Odkrycie jądra atomowego: 1911, Rutherford Rozpraszanie cząstek alfa na cienkich warstwach metalu

Wstęp do fizyki jądrowej Tomasz Pawlak, 2009

Energia słoneczna docierająca do ziemi ma postać fali elektromagnetycznej o różnej długości. W zależności od długości fali wyróżniamy: Promieniowanie

ALTERNATYWNE ŹRÓDŁA I OSZCZĘDZANIE ENERGII

NZ54: Zakład Fizyki Transportu Promieniowania

OZE - ODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII

Słońce na... Ziemi. Autor: prof. zw. dr hab. inŝ. Włodzimierz Kotowski. ( Energia Gigawat lipiec 2007)

Kontrolowana fuzja. Plazma to wysokotemperaturowa mieszanina elektronów i jąder atomowych Uwięzienie plazmy plasma containment, plasma confinement

Energia słoneczna i cieplna biosfery Pojęcia podstawowe

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

Przewodnik po wielkich urządzeniach badawczych

Słońce w (magnetycznym) koszyku Grzegorz Karwasz

Wykłady z Geochemii Ogólnej

~13 miliardów ton węgla

Nie bójmy się elektrowni jądrowych! Stanisław Kwieciński, Paweł Janowski Instytut Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie

Promieniowanie jonizujące

Człowiek a środowisko

Fizyka 3. Konsultacje: p. 329, Mechatronika

Podstawy Fizyki Jądrowej

Odnawialne Źródła Energii (OZE)

ODNAWIALNE I NIEODNAWIALNE ŹRÓDŁA ENERGII. Filip Żwawiak

Tworzenie protonów neutronów oraz jąder atomowych

Ekologiczne, odnawialne źródła energii

autor: Włodzimierz Wolczyński rozwiązywał (a)... ARKUSIK 40 FIZYKA JĄDROWA

Budowa i ewolucja gwiazd I. Skale czasowe Równania budowy wewnętrznej Modele Diagram H-R Ewolucja gwiazd

Jądro atomowe Wielkości charakteryzujące jądro atomowe

FIZYKA IV etap edukacyjny zakres podstawowy

Energetyka odnawialna w procesie inwestycyjnym budowy zakładu. Znaczenie energii odnawialnej dla bilansu energetycznego

wodór, magneto hydro dynamikę i ogniowo paliwowe.

IV. PREFEROWANE TECHNOLOGIE GENERACJI ROZPROSZONEJ

BADANIA FUZJI JĄDROWEJ

Elementy Fizyki Jądrowej. Wykład 9 Fizyka neutronów i reakcja łańcuchowa

Wykres Herzsprunga-Russela (H-R) Reakcje termojądrowe - B.Kamys 1

Od Wielkiego Wybuchu do Gór Izerskich. Tomasz Mrozek Instytut Astronomiczny UWr Zakład Fizyki Słońca CBK PAN

Gospodarka wypalonym paliwem jądrowym analiza opcji dla energetyki jądrowej w Polsce

Rozszczepienie jądra atomowego

Alternatywne źródła energii - prezentacja scenariusza zajęć na godzinę do dyspozycji wychowawcy w gimnazjum. Autor: Joanna Łęcka

Reaktor jądrowy. Schemat. Podstawy fizyki jądrowej - B.Kamys

OZE - Odnawialne Źródła Energii

Podstawowe własności jąder atomowych

Teoria Wielkiego Wybuchu FIZYKA 3 MICHAŁ MARZANTOWICZ

Wykorzystajmy nasze odpady!

DYLEMATY POLSKIEJ ENERGETYKI W XXI WIEKU. Prof. dr hab. Maciej Nowicki

O aktywności słonecznej i zorzach polarnych część I

Udział procentowy 2) [%] 1 Odnawialne źródła energii, w tym biomasa 4,514% Biom 2 Węgiel kamienny

Najbardziej rozpowszechniony pierwiastek we Wszechświecie, Stanowi główny składnik budujący gwiazdy,

Ekonomiczno-techniczne aspekty wykorzystania gazu w energetyce

PIROLIZA BEZEMISYJNA UTYLIZACJA ODPADÓW

Następnie powstały trwały izotop - azot-14 - reaguje z trzecim protonem, przekształcając się w nietrwały tlen-15:

Synteza termojądrowa we Wszechświecie i na Ziemi - magnetyczne uwięzienie plazmy, energetyka termojądrowa, ITER

Udział procentowy 2) [%] 1 Odnawialne źródła energii, w tym biomasa 1,042% Biom 2 Węgiel kamienny

Odnawialne źródła energii a bezpieczeństwo Europy - Polski - Regionu - Gminy

Perspektywy energetyki jądrowej j Polsce Procesy inwestycyjne Tomasz Jackowski Departament Energetyki Ministerstwo Gospodarki

DA_ CEE_BAT 16/11/06 12:56 Page 3

Dr inż. Andrzej Tatarek. Siłownie cieplne

Technik urządzeo i systemów energetyki odnawialnej

A - liczba nukleonów w jądrze (protonów i neutronów razem) Z liczba protonów A-Z liczba neutronów

ALTERNATYWNE SPOSOBY POZYSKIWANIA ENERGII

Sustainability in commercial laundering processes

Układ zgazowania RDF

Podstawy fizyki subatomowej. 3 kwietnia 2019 r.

LIII MIĘDZYSZKOLNY TURNIEJ FIZYCZNY dla uczniów szkół ponadgimnazjalnych w roku szkolnym 2010/2011 TEST

Plan rozwoju energetyki jądrowej w województwie zachodniopomorskim

Liceum dla Dorosłych semestr 1 FIZYKA MAŁGORZATA OLĘDZKA

Skład Asocjacji Euratom-IFPiLM

Specjalność ZRÓWNOWAŻONA ENERGETYKA. Nowe i odnawialne źródła energii

Energetyka Jądrowa. Wykład 10 5 maja Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów szef@fuw.edu.pl

Energetyka konwencjonalna odnawialna i jądrowa

PERSPEKTYWY WYKORZYSTANIA GAZU ZIEMNEGO DO PRODUKCJI ENERGII ELEKTRYCZNEJ W POLSCE

Symulacja ING: wpływ technologii na ograniczenie emisji CO 2. Rafał Benecki, Główny ekonomista, ING Bank Śląski Grudzień 2018

Promieniowanie jądrowe w środowisku człowieka

NCBiR zadania badawcze IFPiLM. Marek Scholz

Produkcja energii elektrycznej. Dział: Przemysł Poziom rozszerzony NPP NE

Oddziaływanie cząstek z materią

System handlu emisjami a dywersyfikacja źródeł energii jako wyzwanie dla państw członkowskich Unii Europejskiej. Polski, Czech i Niemiec

Energie odnawialne to takie, których źródła są niewyczerpane i których eksploatacja powoduje możliwie najmniej szkód w środowisku.

Wizja energetyki przyszłości

Oddziaływania fundamentalne

Struktura zużycia energii w gospodarstwach domowych

MODERNIZACJA SYSTEMU WENTYLACJI I KLIMATYZACJI W BUDYNKU ISTNIEJĄCYM Z WYKORZYSTANIEM GRUNTOWEGO WYMIENNIKA CIEPŁA

Spis treści. Trwałość jądra atomowego. Okres połowicznego rozpadu

Ewolucja w układach podwójnych

Transkrypt:

VIII-Energia fuzji termojądrowej nadzieją świata Jan Królikowski Instytut Fizyki Doświadczalnej Uniwersytetu Warszawskiego Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 1

Skąd pochodzą informacje? Nie jestem fizykiem- specjalistą zajmującym się fuzją. Moja wiedza na temat fuzji pochodzi z drugiej ręki. Wiele skorzystałem z referatu prof. Ch. Llewellyna- Smitha na sesji TNW poświęconej 50-leciu CERNu 24.IX. 2004 w Pałacu Staszica. Informacje, które Państwu będę próbował przekazać są w większości przypadków dostępne publicznie np. w witrynach internetowych: http://www.jet.efda.org/ oraz http://www.iter.org/ Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 2

Światła na Ziemi widziane z kosmosu Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 3

Kilka danych o konsumpcji energii na świecie Do 2045 konsumpcja energii podwoi się (głównie poprzez rozwój Indii i Chin). Ponad 80% obecnie zużywanej energii pochodzi ze spalania kopalnych paliw pochodzenia organicznego (ropa, gaz ziemny, węgiel). Reszta to spalanie drewna i energia jądrowa. US Geological Survey i inne podobne organizacje oceniają, że maksimum wydobycia ropy nastąpi za ok. 10-20 lat, następnie wydobycie zacznie spadać o ok. ~3% rocznie. USGS: ropy starczy na ok. 60 lat. Podobnie ( nieco dłużej) gazu ziemnego. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 4

Kilka danych o konsumpcji energii na świecie cd. Węgla starczy na znacznie dłużej ale jest on dużo mniej wygodny. Uranu- paliwa do reaktorów termojądrowych (fission- rozszczepienie) starczy na ok. 100-150 lat. Paliwa organiczne powodują niekorzystne skutki uboczne: Zanieczyszczenie środowiska spalinami, Efekt cieplarniany i inne zmiany klimatyczne Odnawialne źródła energii (e. słoneczna, wiatr, przypływy morza) nie stanowią realistycznej alternatywy. Ponadto e. słoneczna nie tam gdzie trzeba. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 5

Kilka danych o konsumpcji energii na świecie cd. Ważne jest prowadzanie działań zmierzających do oszczędności energii, ograniczenia emisji gazów i spalin etc. ale te działania mogą tylko opóźnić nieuchronne wyczerpanie się organicznych paliw kopalnych za 50-100 lat. Rozwój elektrowni termojądrowych (lepsze technologie, większe bezpieczeństwo, spalanie odpadów radioaktywnych) jest niezbędny ale też nie prowadzi do długotrwałego rozwiązania. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 6

Kilka danych o konsumpcji energii na świecie cd. Właściwie jedyną realistyczną alternatywą dla kopalnych paliw organicznych jest energia fuzji termojądrowej. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 7

Kilka danych o konsumpcji energii na świecie cd. Energia fuzji jest bezpieczna, nie pozostawia długożyciowych odpadów radioaktywnych. Zapas paliwa (deuter, lit) wystarczy na miliony lat. Nie powstają spaliny i odpady. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 8

Co to jest fuzja? Kontrolowana fuzja termojądrowa to stabilny proces łączenia się lekkich jąder w nieco cięższe. Proces fuzji zachodzi w gorącej plazmie tj. materii kompletnie zjonizowanej. Fuzja wymaga wysokich temperatur (typowo 10 8 K) Jest to proces, który zachodzi w gwiazdach gdzie jest kontrolowany przez silne pola grawitacyjne tych masywnych obiektów. W warunkach ziemskich kontrola musi być zapewniona inaczej, np. poprzez pole magnetyczne. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 9

Plazma: 4-ty stan skupienia materii Increasing Temperature Plazma przewodzi prąd i jest bardzo reaktywna Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 10

Mass per nucleon Rozszczepienie i fuzja wykorzystują tą samą zasadę: E = mc 2 Rozszczepienie n n U Fuzja D n Liczba atomowa Z T He Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 11

Kilka podstawowych reakcji fuzji D + D, D + 3 He, D + T Najłatwiejsza = najbardziej prawdopodobna w stosunkowo niskich T. D + T D + T -> 4 He + n + DE n + 6 Li -> 4 He + T n + 7 Li -> 4 He + T + n D + Li -> 4 He + 100 x 10 6 kwh/ kg 10 8 K 100 kev 1 ev = 10 4 K Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 12

Ile energii jest dostępne w procesie fuzjii? Biorąc pod uwagę proces D+T gdzie T jest wytwarzany z Li: 40 l wody+ Li z jednej baterii Li= 200 KWh. Tyle samo co ze spalania 40 t węgla 80% energii fuzji ucieka w postaci neutronów= podgrzewanie pary dla turbin. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 13

Uwięzienie plazmy Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 14

Warunek PODTRZYMANIA reakcji fuzji Moc włożona musi przewyższać straty n 2 <s (T) v> + external power Straty na promieniowanie n 2 T 1/2 Przewodnictwo i konwekcja n T / t E n (gęstość) x t E (czas uwięzienia) > Funkcja temperatury (T) Kryterium Lawsona Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 15

Duża obj. Czas uwięzienia t E? Temperatura Mała obj. 1/e Duża i Izolowana obj. t E Czas t E jest miarą strat ciepła (energii) plazmy) Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 16

Kryterium Lawsona n t E n x t E > f (T) (Moc zewn. = 0) n x t E > f (T, Q = P fus /P ext ) (Moc zewn. 0) n x t E > f (T) Czasami ten warunek piszemy w postaci: n x t E x T > 10 21 (m -3 s kev) T Tu dziś jesteśmy Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 17

Pułapki magnetyczne Czastki poruszają się swobodnie wzdłuż linii pola magn. Jak je zatrzymać? 1) Lustro magnetyczne: linie sił zacieśniają się na końcach 2) Linie sił są zamknięte, cząstki nie mają gdzie uciec: Toroidalna konfiguracja pola. Wymagane jest dodatkowe pole wymuszające ruch po helisie Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 18

Joint Components EuropeanTorus: of a europejski Tokamak tokamak (Culham/ Oxfordu) 4 4.5T B Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 19

JET cd. Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 20

Oktant komory próżniowej Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 21

JET wewnątrz, bez i z plazmą Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 22

Rekord JET 16 MW Plazma D-T Moc zewn. 20 MW Moc otrzymana 16 MW t E rekord (Q = 0.8) ale jeszcze reakcja nie jest samopotrzymywalna! Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 23

Jak blisko reakcji samopodtrzymywalnej? Q = fusion power out ext. power in n t E T Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 24

Nadprzewodzący tokamak ITER Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 25

ITER Cadarache (Francja) Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 26

Artist s view Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 27

Rozpoczęcie prac w Cadarache styczeń 2007 Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 28

Wymagane rozmiary ITER 30 years AUG JET ITER Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 29

ITER 500MW koszt : 4 500 Million Euro R (m) a (m) V P (m 3 ) I P (MA) B t (T) P aux (MW) Q (MW) b (P fus T, b /P in ) P ITER będzie produkował tyle neutronów co reaktory: 1.5 x 10 20 neutronów/s 2.5%, 0.7 Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 30 d,k P a 6.2 2 850 15(17) 5.3 0.5, 1.85 40-90 80+ 10

Status Negocjacje międzynarodowe n.t. statusu prawnego i organizacyjnego oraz lokalizacji (4 kandydatury) Porozumienie podpisane 21.11.2006, ratyfikowane w 2007 Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 31

Przyszły Reaktor Fuzyjny Za 20-25 lat Może ale nie musi być tokamakiem. Wymaga nie tylko badań nad fuzją (ITER) ale także programu badań materiałowych (International Fusion Materials Irradiation Facility IFMIF). Jan Królikowski, Energia fuzji termojadrowej.., 32