Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 305

Tokamak DIII-D National Fusion Facility se vyzbrojuje

Jeden z nejflexibilnějších a nejlépe vybavených tokamaků pro výzkum fúze na světě prochází v současné době významnými vylepšeními, která usnadní cestu k elektrárnám na principu jaderné fúze. Nové vybavení umožní studium fyziky hořícího plazmatu a jeho udržení. Zatím nejúspěšnější zařízení pro studium termojaderné fúze – tokamak – není nic jiného, než zvláštní druh elektrického transformátoru. Jako takový, je tokamak v principu pulzní zařízení. Vědci a technici usilovně pracují na odstranění, nebo alespoň zmírnění této nevýhody tokamaku. To znamená prodloužit pulzy plazmatu na co nejdelší dobu, ideálně dosáhnout nepřerušovaného režimu činnosti.



Fotogalerie (1)
Počítačová vize nového vnitřku tokamaku DIII-D (Credit © ITER Organization, http://www.iter.org/)

Národní fúzní zařízení DIII-D (National Fusion Facility), provozované Oddělením pro energii firmy General Atomics, je největším experimentem s magnetickou fúzí v USA. V současné době byla zahájena řada vylepšení tokamaku DIII-D, která umožní další studie fyziky budoucích termojaderných reaktorů. Vylepšený tokamak DIII-D pomůže vědcům zjistit, jak dosáhnout vysokého výkonu uvolněného jadernou fúzí v tokamaku ITER, který se staví ve Francii, a zejména jak udržovat co nejdelší dobu vysokovýkonné režimy v jaderných fúzních elektrárnách, které budou tokamak ITER následovat.

Stále je co vylepšovat

Plánovaná celoroční snaha vylepší systémy tokamaku DIII-D přidáním směrovaných výkonnějších svazků částic a systémů vysokofrekvenčního elektromagnetického záření, které budou budit elektrický proud v plazmatu a budou udržovat plazma pokud možno ve stavu nepřetržité činnosti (v ustáleném stavu). Vylepšení kupříkladu rozšíří možnosti instalace nových mikrovlnných systémů tak, aby zkoumaly podmínky hořícího plazmatu s vysokými teplotami elektronů. I to umožní vědcům zjistit, jak dosáhnout vyššího tlaku a teplot při současném udržení kontroly nad plazmatem, což je podmínka, která je rozhodující pro „ustálenou“ fúzi. "V našich posledních kampaních se DIII-D stal průkopníkem mnoha klíčových technik pro ITER, zvládal plazmové nestability a rozvíjel zapalování a zhasínání fúzních plazmat," uvedl Richard Buttery, experimentální vědecký ředitel DIII-D. "Tyto nové možnosti nám poskytnou flexibilitu pro optimalizaci výkonu v reaktorovém měřítku a vytvoří základ pro ustálenou fúzi uvolňující komerční energii."

USA chtějí být leaderem v projektu ITER

Projekt tokamaku ITER je jedním z nejambicióznějších energetických projektů na světě a měl by ukázat proveditelnost uvolňování termojaderné energie v reaktorovém měřítku. Zařízení zapálí hořící plazma, které produkuje desetinásobek výkonu potřebného k jeho ohřevu a chlazení supravodivých magnetů, a udrží plazma po dobu 400 sekund. Stejně jako DIII-D bude mít tokamak ITER šroubovicové magnetické pole ve „tvaru koblihy s otvorem uprostřed“, které drží plazma horké více než 100 milionů stupňů a umožní slučování jader atomů spojené s uvolněním energie. Nové možnosti tokamaku DIII-D pomohou USA zaujmout čelnou úlohu v projektu ITER a mapovat cestu k budoucím elektrárnám s jadernou syntézou, aby vytvořily fúzi jako životaschopný a bohatý zdroj energie.

Tři nové vychytávky

Po prvním dlouhoetapovém provozování tokamaku DIII-D trvajícím více než pět let technici otevřou vakuovou komoru pro instalaci tří hlavních systémů. Mimoosový svazek neutrálních částic (NBI, Neutral Beam Injection) umožní vědcům řídit cíl a směr vstřikování vysokoenergetických atomů do plazmatu. Nové mikrovlnné systémy výrazně zvýší energii ohřevu elektronů. A nová ultra-vysokofrekvenční "helikonová" anténa pro rádiové vlny umožní testy slibné vysoce výkonné reaktorové technologie zajišťující ustálený elektrický proud v plazmatu.

Velká očekávání

Společně tento vývoj přinese bezprecedentní flexibilitu při objevování a zkoumání řešení budoucích reaktorů jaderné fúze. Očekává se, že vylepšená zařízení umožní vyrobit plazma s velmi vysokým tlakem zvláštního radiálního profilu, u kterého je k udržení fúzního výkonu potřebný elektrický proud v plazmatu generován samotným plazmatem – jevem známým jako "bootstrap" - který má také potenciál udržovat plazma libovolně dlouhou dobu. Jedním z úkolů tokamaku DIII-D bude zjistit, jak dosáhnout takovýchto samoudržitelných konfigurací. Jinými slovy, tokamak DIII-D se bude snažit třemi známými způsoby (svazek částic, elektromagnetické vlnění a bootstrap) vybudit ustálený elektrický proud v plazmatu, který se standardně generuje pulzně elektromagnetickou indukcí. Rozdílem od dosavadních více či méně úspěšných snah jsou značné rozměry tokamaku DIII-D a intenzita neinduktivního buzení elektrického proudu v plazmatu. "Znalosti získané během příští etapy budou zásadní pro vývoj dalšího kroku pro americký fúzní program a pro naše zahraniční spolupracovníky," řekl David Hill, ředitel tokamaku DIII-D. "Cesta ke komerční fúzi bude vyžadovat konstrukci zařízení, které by mohlo využít libovolně dlouho trvajících hořících plazmat. To budeme zkoumat na DIII-D."

Nový projekt na DIII-D přitáhl stovky spolupracovníků z více než 100 institucí po celém světě. Zatímco se vylepšení na zařízení montují, vědci z DIII-D budou zaměstnáni analýzou dat z nedávných výstřelů a hledat nové jevy, které lze použít pro ITER a další pokročilé koncepce fúze.

Milan Řípa
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Průlom v oblasti jaderných baterií

Jae W. Kwon a jeho vědecký tým z University v Missuri vyvinul novou generaci baterií na bázi beta záření. Tato baterie může být potenciálně využitelná jak v kosmických aplikacích, tak třeba i v automobilech.

100 % elektřiny z obnovitelných zdrojů do roku 2050?

Čisté energetické technologie dosáhly v posledním desetiletí značného pokroku. Ale mohly by vůbec stoprocentně pokrýt výrobu elektřiny? Jak? V roce 2017 byly ve světě vybudovány sluneční elektrárny o výkonu 98 GW, z toho více než polovina  v Číně – 53 GW.

Až ITER zapálí první plazma

Termínem „první plazma“ se ve výzkumu termojaderného plazmatu nazývá okamžik, kdy se vyčerpá vakuová komora, fungují potřebné pomocné systémy (magnetická pole, nezbytné diagnostiky, napouštění pracovního plynu atd.) a zapálí se výboj. Bezesporu významný okamžik v historii experimentálního zařízení.

Kdo určuje, který energetický zdroj je „zelený“?

Investoři poslední dobou utrácejí velké peníze na zelené projekty. Proč? Vysoká návratnost investic do zelených projektů přitahuje obrovské toky peněz. Otázka zní, zda by mohl trh uspět tam, kde vlády většinou selhávají.

Cestování Norskem jen na elektřinu

V Norsku bylo nedávno předvedeno dvousedadlové letadlo na elektrický pohon od společnosti Avinor. Tím země zahájila přibližování k roku 2040, kdy chce mít na tento pohon všechna domácí letadla. Vyvolalo to velkou diskusi, neboť letectví zatím elektrifikované není.

Nejnovější video

Zrození nového ostrova

Po 53 letech se roku 2015 objevil na Zemi v souostroví Tonga nový ostrov. Turistům se podařilo jeho zrození z hlubin moře natočit. Vulkanická exploze vyvrhla prach do výšky 9 kilometrů. Vědce nyní nesmírně zajímá - představuje totiž krajinu podobnou té na Marsu. Eroze nových hornin může simulovat poměry, jaké byly na Marsu, když ještě na něm byla voda. (Zdroj NASA)

close
detail