A fúziós energiatermelés barátai és ellenségei: gyors részecskék és plazmahullámok

HTML
DOWNLOAD

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "A fúziós energiatermelés barátai és ellenségei: gyors részecskék és plazmahullámok"

Kornélia Vörösné
5 évvel ezelőtt
Látták:

1 A fúziós energiatermelés barátai és ellenségei: gyors részecskék és plazmahullámok Pokol Gergő BME NTI Szilárd Leó fizikaverseny április 18.

2 Hogyan termeljünk villamos energiát? Bőséges üzemanyag: Amennyit csak akarunk, egyenletesen elosztva! Tiszta: Ne keletkezzenek hosszú távon is szennyező anyagok, vagy változások a környezetben! Biztonságos: Általában biztonságos és katasztrófamentes! Szabályozott: Pont annyit elektromos teljesítményt ad, amennyire szükség van! 2

3 Magfizikai alapok maghasadás 3

4 Fúziós reaktor üzemanyagciklusa D + T 4 He(3.52 MeV) + n(14.1 MeV) D + D 3 He(0.82 MeV) + n(2.45 MeV) D + D T(1.01 MeV) + p(3.02 MeV) D + 3 He 4 He(3.66 MeV) + p(14.6 MeV) ~200 millió C plazma! A fúziós reakcióban nem keletkeznek radioaktív izotópok! 4

5 Mágneses összetartás Forró, híg plazmában (ionok + elektronok) a részecskék szabad úthossza nagy (gyakorlatilag ütközésmentes rendszerről van szó). A Lorentz erővel a mozgásegyenlet: ma qv B csavar pálya a mágneses erővonal mentén. 5

6 Mágneses összetartás, toroidális geometria 6

mágneses tekercsek, (3) plazma, (4) plazmaáram, (5) mágneses

7 Mágneses összetartás berendezéstípusai Tokamak Sztellarátor Toroidális plazmaáram Helikális tekercsek (1) vákuumkamra, (2) mágneses tekercsek, (3) plazma, (4) plazmaáram, (5) mágneses erővonal, (6) mágneses tengely, (7) radiális irány, (8) toroidális irány, (9) poloidális irány 7

8 TEXTOR, Jülich 8

9 EAST, Hefei 9

10 Model-A stellarator, Princeton 10

11 Wendelstein 7-X, Greifswald 11

12 JET, Culham D-T 16 MW 12

13 Turbulens transzport A hőmérsékletgradiensek elektrosztatikus hullámokat destabilizálnak, melyek a turbulenciát hajtják. Az ExB drift okoz örvényeket és konvektív transzportot. Gyors drift Lokális hőm. maximum E Forró Hideg Lassú drift Lokális hőm. minimum Ionhőmérséklet-gradiens módus 13

14 Plazmaturbulencia 14

15 Semleges atomnyaláb fűtés Fúziós plazma fűtése gyors ionokkal Fúziós reakciók D + T 4 He(3.52 MeV) + n(14.1 MeV) 15

16 Periodikus pályaelemek a gyors ion pályákban A kvázi-periodikus ion mozgás rezonanciába kerülhet plazmahullámokkal. A gyors részecskepopuláció gerjesztheti a rezonáns hullámokat! 16

17 Részecske-hullám rezonáns kölcsönhatás 17

18 Plazma Diagnosztikák: FILD Plazma szélén az elvesző gyors ionok irányát és energiáját méri. Mint egy tömegspektrométer, csak itt a tömeg az ismert, és az energia és irány mérendő. Plazma Rés Rés Scintillátor Scintillátor 18

19 ASDEX-Upgrade tokamak, Garching bei München 19

20 Gyors ionok és plazmahullámok kölcsönhatása Plazmahullámok Gyorsionveszteségek 20

21 Gyors ionok és plazmahullámok kölcsönhatása FILD-mágneses átviteli fv. amp. FILD-mágneses koherencia Toroidális Módusszám Átvitel (normált) n = 3 28 % n = 4 18 % n = % n = 6 23 % 21

22 Hullámok hatása a gyors ionokra - szimulációk Nemlineáris kinetikus szimulációk valós tokamak geometriában (ENEA csoport, Olaszország) Kvázi-lineáris kölcsönhatás Nincs közvetlen kölcsönhatás a hullámok között Radiális gyors ion profil lokálisan ellaposodik Teljes nemlineáris dinamika Nemlineáris hullám-hullám kölcsönhatás A gyors ionok hosszan utaznak kifelé Plazma közepe Plazma széle Plazma közepe Plazma széle Carlevaro, NAT Meeting,

23 Mágneses szonda mérésekből: Mit mutat a kísérlet? Lauber, IAEA FEC,

24 Hullám-hullám nemlineáris csatolás vizsgálata bikoherenciával Lauber, IAEA FEC,

25 Van nemlineáris kölcsönhatás! Ráadásul ellentétes irányba terjedő n=-4 és n=+2 toroidális módusszámú hullámok között! Lauber, IAEA FEC,

26 Tokamak diszrupciók Tokamak diszrupcikóban ka-ma áramérősségű, MeV energiájú elektronnyaláb keletkezhet károsítja a berendezést. Mágneses tekercsek Radiális irány (R) Toroidális irány (Φ) Poloidális irány ( ) Plazmaáram 26

27 Elfutó elektronok Coulomb-ütközések + Debye-árnyékolás nagy energián kisebb hatás Az elektronokra ható súrlódási erőnek maximuma van A kritikus elektromos térnél (E c ) nagyobb toroidális tér a nagy energiájú elektronokat egyre jobban felgyorsítja. Súrlódási erő Gyorsulás Energia 27

28 Elfutó elektronok diszrupcióban 28

29 Elfutó elektronok és hullámok 29

30 ITER, Cadarache ~2025: Első plazma ~2035: D-T üzem kezdete ~2037: 500 MW fúziós teljesítmény 50 MW fűtés mellett ~2050 : DEMO reaktor fúziós energiatermelés hálózatra 30

31 Összefoglalás Magfúzióval óriási energia szabadítható fel kevés üzemanyagból. Deutérium korlátlanul rendelkezésre áll, a tríciumot lítiumból kell megtermelni a reaktor köpenyében. A reakció végterméke stabil izotóp, nem radioaktív ( 4 He). Mágneses összetartás tórusz alakú tokamakban vagy sztellarátorban. A kis anyagmennyiség és a láncreakció hiánya miatt biztonságos. A mágnesezett plazmában uralkodó turbulens transzportot hullámok hajtják. A plazmát leginkább gyors ionokkal tudjuk a szükséges 200 millió fokra felfűteni a fúziós reakcióban is keletkeznek ilyenek. A gyors ionok rezonáns plazmahullámokat kelthetnek, amik kiszórják őket a plazmából, így azok a falat fűtik a plazma helyett. A plazma összeomlásakor erős relativisztikus elfutó elektron nyaláb keletkezhet, ami tönkre teheti a falat. Plazmahullámok segíthetnek az elfutó elektron nyalábot szétszórni. 31

32 Kapcsolat BME NTI: Pokol Gergő, Ajánlott irodalom Magyar EURATOM Fúziós Szövetség honlapja: ITER: VR F4E: EUROfusion: FUSENET: European Research Roadmap to the Realisation of Fusion Energy: Facebook: magfuzio.hu, ITER, EUROfusion, fusenet.eu 32

Hasonló dokumentumok

Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban

Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban Pokol Gergő BME NTI BME TTK Kari Nyílt Nap 2018. november 16. Hogyan termeljünk villamos energiát? Bőséges üzemanyag: Amennyit csak akarunk, egyenletesen elosztva!