Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 313

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

Odhad celkového objemu živé hmoty na Zemi

Od počátku lidské civilizace se objem živé hmoty na Zemi zmenšil o polovinu. To je jeden ze zarážejících údajů z dosud nejobsáhlejšího globálního výzkumu hmotnosti živých organizmů. Ron Milo a jeho tým z izraelského Weizmann Institute of Science definovali ...

První světová válka, elektrotechnika a američtí vynálezci

Po celý rok si letos připomínáme události z roku 1918. Byl to poslední rok tzv. Velké války, která se bohužel nestala válkou poslední. Ještě před kapitulací německé a rakousko-uherské armády (11. 11. 1918) se rozpadlo Rakousko-Uhersko a my si nyní můžeme připomínat 100.

Čeští studenti poslali experimenty do třicetikilometrové výšky

V sobotu 1. prosince byl na Slovensku vypuštěn stratosférický balón, který na své palubě nesl čtyři vědecké experimenty. Ty navrhli a připravili nadaní studenti základních a středních škol z Česka a Slovenska.

Centrum studentských aktivit České kosmické kanceláře

Česká kosmická kancelář nabízí veřejnosti, studentům, učitelům a školám nové přednášky a nové aktivity. Zapojte se!

Kolejnice divertoru - otázka slepice a vejce

V ideálním světě 3D výkresů jsou rozměry komponent předem dané a části pasují dohromady jako čepy a ozubená kolečka v drahých náramkových hodinkách. Reálný svět - dokonce i vysoce přesný svět tokamaku ITER - je jiný: minimálním odchylkám během výrobního ...

Nejnovější video

Bez jaderné energie se ve vesmíru daleko nedostaneme

Krátké výstižné video z dílny Mezinárodní agentury pro atomovou energii ve Vídni ukazuje využití jaderné energie a jaderných technologií při výzkumu vesmíru. Ne každý ví, že jádro pohání vesmírné sondy už po desetiletí. Zopakujme si to. (Film je v angličtině.)

close
detail