Co nowego w fizyce
Oczekiwana informacja!
- Szczegóły
- Kategoria: Co nowego w fizyce
Fizyka: ważny krok USA w badaniach nad laserową syntezą termojądrową
Amerykańskim badaczom udało się uzyskać ważne wyniki w badaniach nad fuzją termojądrową. Ten wynik to krok milowy w badaniach nad opanowaniem laserowej syntezy termojądrowej dla przyszłej produkcji energii elektrycznej - komentuje dr hab. Jerzy Wołowski.
Badania nad takim typem reakcji prowadzone są od lat w Narodowym Laboratorium im. Lawrenca w Livermoore (Lawrence Livermoore National Laboratory - LLNL) w Kalifornii z użyciem wielkiego 192-wiązkowego lasera NIF (National Ignition Facility).
W kuleczce o średnicy 2 mm zamknięto i zamrożono "paliwo", czyli mieszaninę deuteru i trytu (D i T - izotopy wodoru) -opowiada Wołowski.Dodaje, że mieszaninę poddano silnemu promieniowaniu rentgenowskiemu generowanemu przez laser, doprowadzając do kompresji i podgrzania "paliwa". W centrum kulki uzyskano wielkie gęstości i olbrzymie temperatury mieszaniny DT, która stała się plazmą. Dzięki temu można osiągnąć odpowiednie warunki do reakcji syntezy jąder deuteru, w wyniku której powstają cząstki alfa (jądra helu) i neutrony o dużej energii.
W ostatnich eksperymentach w LLNL uzyskano więcej energii z syntezy termojądrowej niż dostarczono do skomprymowania i podgrzania "paliwa" DT. Chociaż znacznie więcej energii potrzeba do zasilania lasera - bo tylko część energii impulsu laserowego jest absorbowana przez paliwo DT - to ostatni wynik uzyskany prze Amerykanów jest rekordowy w całej historii badań syntezy laserowej. W ostatnim tygodniu praca na ten temat ukazała się m.in. w czasopiśmie "Nature".
Ekspert z IFPILM zaznacza, że eksperymenty z użyciem lasera NIF prowadzone są także dla celów wojskowych. - Broń termojądrowa od dawna nie jest testowana na ziemi, pod ziemią czy w morzu. Obecnie jest ona doskonalona w laboratorium w Livermoore i w podobnym laboratorium w Bordeaux we Francji - mówi i dodaje, że obserwowane w eksperymentach laserowych olbrzymie gęstości materii umożliwiają też prowadzenie badań w różnych innych nie-fuzyjnych dziedzinach nauki.
W Instytucie Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie prowadzone są we współpracy międzynarodowej prace dotyczące obu metod (zarówno laserowej jak i magnetycznej) opanowania syntezy termojądrowej dla przyszłych zastosowań energetycznych i innych aplikacji technologicznych.
(PG)
Zapatrzeni w gwiazdy!
- Szczegóły
- Kategoria: Co nowego w fizyce
HIPER ( The European High Power Laser Energy Research Facility)
Wiedza na temat energii gwiazd, powoduje, że w poszukiwaniu bezpieczeństwa energetycznego dla przyszłych pokoleń, próbujemy przeprowadzić, w sposób kontrolowany i powtarzalny, reakcje syntezy termojądrowej na Ziemi. Obok projektów polegających na magnetycznym utrzymywaniu plazmy ( tokamak ITER i stellarator W7-X), które są już w zaawansowanej fazie rozwoju, realizujemy równolegle projekt HIPER. HIPER to laserowa inercyjna fuzja jądrowa, próbująca naśladować zachodzenie takich reakcji w gwiazdach dzięki grawitacji. Ze względu na fizyczne ograniczenia (stała grawitacji G), nie możemy tu na Ziemi wykorzystać grawitacji, więc w celu ściśnięcia plazmy( uzyskania wymaganego ciśnienia i temperatury do „zapłonu”), wykorzystujemy lasery. Projekt ten realizują Wielka Brytania, Hiszpania, Włochy, Portugalia, Grecja, Francja i Czechy na poziomie rządowym oraz Niemcy, Polska i Rosja na poziomie instytucji. Polskim uczestnikiem jest Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy w Warszawie.
Jedna z wizualizacji przyszłego reaktora HIPER
Jeżeli projekt realizowany jest zgodnie z planem (Laser Energy Programme Timeline), to właśnie powinna zakończyć się jego faza przygotowawcza trwająca od 2006 r., jako pierwsza z trzech. Następne fazy to, faza rozwoju technologii i walidacji systemu, a ostatnia, to ocena inwestycji i budowa reaktora, w celu rozpoczęcia generowania energii na skalę przemysłową (ok. 2040r.)
Siedziba zarządzania projektu HIPER jest w Wielkiej Brytanii w Rutherford Appleton Laboratory, a więcej informacji o projekcie można uzyskać na oficjalnej stronie projektu http://www.hiper-laser.org/
Szkło neodymowe lasera Vulcan( 2,5 kJ impulsu ok. 2 nanosekund w podczerwieni) w Rutherford Appleton Laboratory – autor zdjęcia Wiesław Ostafin, Wielka Brytania, Oxfordshire, 2009r.
W tej chwili nie wiemy, który z realizowanych projektów kontrolowanej reakcji fuzji termojądrowej, okaże się skuteczny technologicznie i opłacalny ekonomicznie, dlatego rozwijane są równolegle, z myślą o przyszłych pokoleniach. Mamy nadzieję, że przynajmniej jeden, pozwoli na produkowanie energii elektrycznej w przyszłości. Co będzie, jak się nie uda?
Stellarator Wendelstein 7-X (W7-X)
- Szczegóły
- Kategoria: Co nowego w fizyce
„…Mamy taką wizję: na brzegu morza stoi elektrownia, rurą płynie do niej woda morska, kominem ulatuje hel , a do sieci elektrycznej płynie prąd. Jest tylko jeden problem, nie wiemy, co ma być w środku tej elektrowni.”
Tak w 1956r. wypowiedział się R.S. Pease (były dyrektor programu fuzji w UK).
Instytut Maxa Plancka, Model Stellaratora W7-X - autor zdjęcia Wiesław Ostafin, Greifswald, Niemcy, 09.2011r.
Dzisiaj już wiemy co ma być w środku tej elektrowni: w środku ma być plazma o temperaturze 150 milionów kelwinów, a generowanie energii ma gwarantować kontrolowana rekcja syntezy termojądrowej. Synteza termojądrowa jest reakcją zachodzącą powszechnie we Wszechświecie – to źródło energii gwiazd. Plazma o tak gigantycznej temperaturze, to bardzo gorący gaz, który ma skłonności do ekspansji( tak jak np. para wodna z czajnika), dlatego potrzebny jest sposób na powstrzymanie tej ekspansji, czyli jej stabilizacji. Metody diagnostyki plazmy o tak ekstremalnej temperaturze mają być opracowane w reaktorze W7-X.
Obecnie syntezę termojądrową próbuje się przeprowadzać za pomocą dwóch typów urządzeń: tokamaków i stellaratorów.
Tokamak ma komorę próżniową w kształcie torusa (obważanka), otoczonego silnymi magnesami. Plazma z izotopów wodoru, zawieszona w polu magnetycznym, jest podgrzewana do ekstremalnie wysokiej temperatury i musi być stabilizowana prądem płynącym przez tę plazmę, co stwarza dużo problemów natury technicznej. Największy konstruowany obecnie tokamak to reaktor termojądrowy ITER w Cadarache we Francji. Jest to ogólnoświatowe przedsięwzięcie, którego całkowity koszt wyniesie ponad 10 mld euro.
Zaletą drugiego typu urządzeń do syntezy termojądrowej - stellaratorów jest zaś to, że plazma stabilizuje się sama, bez konieczności przepuszczania przez nią prądu. Aby uzyskać ten efekt, plazma musi być ukształtowana w sposób przypominający kilkukrotnie skręconą wstęgę M"biusa. Wiąże się to z koniecznością budowy skomplikowanej komory, otoczonej cewkami magnesów o złożonych kształtach.
Budowany za 2 mld euro stellarator W7-X w Greifswaldzie w Niemczech w Instytucie Maxa Plancka, to największe urządzenie tego typu na świecie. Jego komora będzie ważyć ok. 800 ton, a otaczające ją cewki wytworzą pole magnetyczne o indukcji aż 15 Tesli (ziemskie pole magnetyczne, które obraca wskazówki kompasów, ma indukcję kilkaset tysięcy razy mniejszą). Przewiduje się, że stellarator W7-X rozpocznie pracę w 2014 roku.
Stellarator W7-X w budowie – autor zdjęcia Wiesław Ostafin, Greifswald, Niemcy, 09.2011r.
Polska w przygotowaniach do uruchomienia reaktora W7-X uczestniczy już od 2006 r. W montażu elementów urządzenia uczestniczą naukowcy z Instytutu Fizyki Jądrowej PAN w Krakowie. Fizycy z Instytutu Problemów Jądrowych w Świerku i Politechniki Wrocławskiej wykonali prace wstępne umożliwiające podjęcie decyzji o budowie injektora wiązki neutralnej (służącej do podgrzewania plazmy) - bez tego urządzenia reaktor działałby, ale osiągnąłby istotnie gorsze parametry.
Obliczenia strukturalne wykonują inżynierowie z Politechniki Warszawskiej, z kolei naukowcy z Instytutu Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy pracują nad diagnostyką neutronową i miękkiego promieniowania X. Naukowcy z Politechniki Opolskiej opracowują diagnostykę spektroskopową, a z Uniwersytetu Szczecińskiego - diagnostykę falową.
"Udział w dużych projektach międzynarodowych ma kluczowe znaczenie dla naszej nauki. Dzięki pracom przy stellaratorze W7-X utrzymamy renomowaną pozycję polskiej fizyki na arenie międzynarodowej, a firmy z kraju zdobędą doświadczenia pozwalające konkurować na rynku światowym o udział w realizacji największych międzynarodowych przedsięwzięć, takich jak: ITER czy akcelerator jonów i antyprotonów FAIR" - podkreśla prof. Grzegorz Wrochna z IPJ.
ITER - czysta, tania, wydajna i bezpieczna energia dla przyszłości!
- Szczegóły
- Kategoria: Co nowego w fizyce
Experimental International Thermonuclear Reactor (ITER), to największy tokamak(z rosyjskiego - Toroidalnaja Kamera i Magnitnyje Katuszki), czyli reaktor syntezy termojądrowej izotopów wodoru – deuteru i trytu. Budowany jest w Cadarache, we Francji, a przewidywany terminem uruchomienia to 2019r.. Projekt realizowany jest przez Unię Europejską, USA, Japonię, Koreę Południową, Indie, Chiny i Rosje( http://www.iter.org/ ).
ITER, to sprytny akronim nazwy anglojęzycznej, który po łacinie oznacza drogę i w zamyśle autorów, urządzenie to wyznacza drogę do opanowania energii przyszłości. Reaktor ten jest kolejnym etapem prac badawczych nad kontrolowaną reakcją syntezy termojądrowej, po tokamaku JET, zlokalizowanym w Wielkiej Brytanii, w miejscowości Culham w pobliżu Oxfordu. W Culham prowadzono eksperymenty od 1983r. JET osiągnął maksymalną moc 16 MW i na tym wyczerpał swoje zdolności energetyczne. ITER to tokamak na najwyższym możliwym obecnie poziomie zaawansowania technologicznego, a przewidywane uzyskanie mocy, to 0.5–1.5 GW w impulsach o długości 1000sek. Stosunek energii wyprodukowanej z syntezy do energii potrzebnej do utrzymania pracy reaktora, wydatnie rośnie wraz z jego rozmiarami (patrz zdjęcia i na wielkość człowieka). Stosunek ten oznaczony został jako parametr Q i dla JET-a osiągnął on 0.7, co oznacza, że reaktor zużywa więcej energii niż produkuje. Celem ITER-a jest przekroczenie tej bariery i to w sposób zdecydowany, bo osiągnięcie Q równego 10?! A to, byłoby już niebywałym osiągnięciem naszej cywilizacji. ITER, to ostatni krok do zbudowania reaktora DEMO, który będzie już eksperymentalną elektrownią termonuklearną. Może to nastąpić już na przełomie obecnego stulecia! Czy nam się uda? Wierzymy, że tak, bo inaczej bezpieczeństwo energetyczne naszej cywilizacji, wskutek wyczerpywania się zasobów kopalnych, będzie poważnie zagrożone.
Polską instytucją zaangażowaną w tym projekcie jest Instytut Fizyki Plazmy i Laserowej Mikrosyntezy Asocjacja Euratom, który prowadzi również działalność edukacyjną dla nauczycieli i uczniów ( http://kpk.ifpilm.pl/edukacja.php ).