Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nowe badania z zakresu fizyki odblokowują postęp energetyki syntezy jądrowej

ghost666 03 Aug 2022 02:04 588 0
  • Naukowcy z EPFL w Lozannie w Szwajcarii, skupieni w Swiss Plasma Center, niedawno: „przepisali na nowo” podstawowe prawo dotyczące fizyki plazmy w systemach fuzji, ujawniając, że więcej wodoru może być bezpiecznie wykorzystywane w reaktorach termojądrowych, co może skutkować zwiększoną produkcją energii.

    Fizyka syntezy jądrowej jest pełna doskonałych możliwości. W ramach ogólnoeuropejskiej współpracy, fizycy z EPFL dokonali przeglądu jednego z fundamentalnych praw, które od ponad trzech dekad leżą u podstaw doświadczeń nad plazmą i syntezą termojądrową, regulując nawet projektowanie wielkich instalacji, takich jak np. reaktor badawczy ITER. Nowe odkrycie natury fizycznej i matematycznej jest w pełni empiryczne; pokazuje, w jaki sposób dodatkowy wodór w mieszance można bezpiecznie wykorzystać w reaktorach termojądrowych w celu zwiększenia ilości produkowanych zasobów.

    Biorąc pod uwagę ambitne cele w zakresie zmian klimatycznych, dużo uwagi zwraca się na czyste źródła energii. Ma to pozwolić osiągnąć zieloną transformację. Z drugiej strony, inwestowanie wyłącznie w odnawialne źródła energii może nie wystarczyć do zapewnienia ekonomicznie niezawodnych i bezpiecznych dostaw zasobów. Nie ma wątpliwości, że fuzja jest świętym Graalem energetyki. Minie wiele lat, zanim energia słoneczna i jej magazynowanie będą mogły samodzielnie napędzać rewolucję energetyczną, której mamy doświadczyć.

    Fuzja atomowa polega na połączeniu się dwóch jąder w jedno, uwalniając w ten sposób ogromne ilości energii. Codziennie doświadczamy tego przy cieple słońca. Obecnie jest kilka projektów, które są w tym zakresie rozwijane na całym świecie. Jednym z nich jest doświadczalna instalacja skonstruowana w ramach ITER. Celem tego projektu jest stworzenie plazmy wysokotemperaturowej, która ma zapewnić odpowiednie środowisko do fuzji, a tym samym do produkcji energii. Plazma, która przypomina gaz składa się z dodatnio naładowanych jąder i ujemnych elektronów. Ma ona około milion razy mniejszą gęstość niż powietrze, którym oddychamy. Plazmę tworzy się przez poddanie: „paliwa fuzyjnego” — atomów wodoru — działaniu ekstremalnie wysokich temperatur (10 razy wyższych od temperatury jądra Słońca), zmuszając elektrony do oddzielenia się od ich jąder atomowych. Proces odbywa się wewnątrz struktury w kształcie pączka (donuta), w danym ujęciu: „toroidalnej” zwanej: „tokamakiem” (istnieją inne proponowane formy geometryczne reaktorów fuzyjnych, jednakże te wydają się najbardziej obiecujące i najpopularniejsze).



    „Bijącym sercem” tego rodzaju instalacji jest komora próżniowa tokamaka w formie pączka. Gdy gazowe paliwo wodorowe jest wystawione na działanie wysokich temperatur zamienia się w plazmę. Plazma oferuje środowisko, w którym lekkie składniki mieszają się i są zdolne wytwarzać energię na drodze fuzji. Naładowane cząstki są kształtowane przez silne cewki magnetyczne. Te trzymają podgrzaną plazmę z dala od ścian urządzenia, jednocześnie utrzymując jej gęstość na tak dużym poziomie, aby cząstki mogły się ze sobą łączyć. Gdy się ładują i zderzają, zaczyna się proces nagrzewania. Temperatury syntezy (od 150 do 300 milionów °C) można już osiągnąć dzięki obecnym technologiom. Aby utrzymać plazmę z daleka od ścianek używa się cewki pola toroidalnego. A aby zachować jej kształt i stabilność, ITER wykorzystuje magnesy nadprzewodzące w postaci cewek pola poloidalnego.

    Nowa teoria

    Według ekspertów z EPFL, podczas wytwarzania plazmy do fuzji należy wziąć pod uwagę trzy podstawowe aspekty: wysoką temperaturę i gęstość wodoru oraz skuteczne utrzymywanie plazmy z dala od ścian. Paolo Ricci ze Swiss Plasma Center odkrył, że planowany tokamak ITER może działać z dwukrotnie większą ilością wodoru, a tym samym wytwarzać więcej energii termojądrowej niż wcześniej sądzono. Jednym z ograniczeń w tworzeniu plazmy w tokamaku jest ilość dostępnego wodoru. Zdaniem ekspertów, jeśli doda się więcej paliwa, nastąpi tak zwana: „perturbacja”, która może spowodować utratę stabilności, uwięzienia plazmy w polu magnetycznym reaktora.

    Prowadzono rozmaite badania, aby oszacować maksymalną gęstość wodoru, jaką można wykorzystać. Martin Greenwald przedstawił równanie łączące gęstość paliwa z najmniejszym promieniem tokamaka (promień wewnętrznego okręgu donuta) i prądem płynącym w plazmie. Wyprowadzona empirycznie: „Granica Greenwalda”, na której opierają się założenia reaktora ITER, jest od czasu publikacji podstawową zasadą badań nad syntezą jądrową.

    Swiss Plasma Center, we współpracy z innymi zespołami badawczymi, zaplanowało eksperyment, aby dokładniej zarządzać ilością paliwa pompowanego do tokamaka. Nawiązano kilka ważnych partnerstw, w tym z Joint European Torus w Wielkiej Brytanii i ASDEX Upgrade w Niemczech (koordynowane przez Instytut Maxa Planka). Na podstawie analizy danych i powiązanych procesów oraz symulacji komputerowej z modelem matematycznym opracowano zasadę, która może powiązać gęstość paliwa z rozmiarem tokamaka. Zdaniem naukowców symulacje wyjaśniają, że gdy do plazmy doda się więcej paliwa wodorowego, jego część przemieszcza się z zimnej zewnętrznej warstwy tokamaka (granicy) do jego jądra. Jako że plazma staje się bardziej turbulentna. Wychodzi na to, że w przeciwieństwie do drutu miedzianego wykorzystywanego do przewodzenia prądu, który okazuje się mocniejszy po podgrzaniu, plazma staje się silniejsza po ostygnięciu. Dlatego im więcej paliwa wlewa się w tej samej temperaturze, tym większa część plazmy ochładza się i tym trudniej jest przepływać przez nią energii elektrycznej, co może prowadzić do przerwania obwodu. Wyniki dały początek nowemu równaniu na limit paliwa w tokamaku, które bardzo dobrze koreluje z eksperymentem. Badanie zostało opublikowane w: „Physical Review Letters”. Z równania wynika, że granicę Greenwalda można zwiększyć. Oznacza to również, że ITER może zużywać prawie dwa razy więcej paliwa do produkcji plazmy, nie martwiąc się o przestoje, co powinno przełożyć się na podobne zwielokrotnienie ilości generowanej energii.

    Źródło: https://www.eetimes.com/new-physics-research-unlocks-fusion-energy/

    Cool? Ranking DIY
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11189 posts with rating 9469, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.