KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

Méret: px

Mutatás kezdődik a ... oldaltól:

Download "KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!"

Benedek Nemes
8 évvel ezelőtt
Látták:

1 2010. március 10. Önök KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT! Berta Miklós: Csillag a Földön A fúziós energiatermelés érdekességei előadását hallhatják!

2 Csillag a Földön A fúziós energiatermelés érdekességei Nukleáris energiatermelés alapjai Az atommagok felépítése és energiája A fúziós energiatermelés alapötlete Elektromos taszítás termikus fúzió Fúzió a csillagokban Fúzió földi körülmények között Mágneses összetartás és TOKAMAK Fúziós reaktor ITER Fúziós kutatások a Széchenyi István Egyetemen március 10. 2

termikus fúzió Fúzió a csillagokban Fúzió földi körülmények között Mágneses összetartás és

3 Nukleáris energiatermelés alapjai Energiamegmaradás törvénye: Bármilyen gép, mely energiát ad le, valaminek csökkenti az energiáját! vízerőmű: a lezúduló víznek lesz kisebb az energiája szélerőmű: a szél egy kicsit lassul szén- és olaj erőművek: kémiai kötések alakulnak ki, a végtermék alacsonyabb energiájú Energiatermelés atommagokkal: Alacsonyabb energiájú állapotba kell hozni az atommagokat! március 10. 3

vízerőmű: a lezúduló víznek lesz kisebb az energiája szélerőmű: a szél egy kicsit lassul szén- és olaj

4 Az atommagok felépítése Atommagok alkotóelemei: A db nukleon Z db proton A Z db neutron Az atommagban ható erők: Elektromos kölcsönhatás: a protonok taszítják egymást mindegyik mindegyiket! Erős kölcsönhatás: a nukleonok vonzzák egymást csak a közelieket! Nehéz pontos képet alkotni, mert az elemi részek a kvantummechanika szerint - hullámtermészettel is rendelkeznek március 10. 4

Erős kölcsönhatás: a nukleonok vonzzák egymást csak a közelieket!

5 Atommagok energiája A nukleonok közti erők hatása a mag energiájára: A protonok taszítása növeli a mag energiáját (lazítja a mag szerkezetét) A közeli részek vonzása csökkenti az energiát (tömöríti a magot) Következmény: Ahogy nő a nukleonok száma, úgy az elektromos taszítás egyre erősebb lesz a vonzó erős kölcsönhatás csak a közeli nukleonok közt hat, ezért egy méret után ennek hatása nem erősödik. Kis magokat növelve csökken a nukleonok átlag energiája, nagyoknál pedig nő. Egész nagy magok pedig nem is létezhetnek március 10. 5

elektromos taszítás egyre erősebb lesz a vonzó erős kölcsönhatás csak a közeli nukleonok közt hat, ezért egy méret után ennek hatása

6 Az atommagok energiája A (stabil) magok energiája a mérések alapján A magok igyekeznek a minimális energiájú állapotot felvenni, mint ahogy egy gödörbe tett labda annak alján áll meg március 10. 6

energiájú állapotot felvenni, mint ahogy egy

7 Fúziós energiatermelés ötlete Könnyű atommagok egyesítésével csökken a nukleonok átlagos energiája! Nehézség: Az atommagokat az elektromos taszítás nem engedi egymás közelébe. Nehéz két magot olyan közelségbe hozni, hogy az erős kölcsönhatás hatni kezdjen köztük! március 10. 7

Nehézség: Az atommagokat az elektromos taszítás nem engedi egymás

8 Hogyan győzhetik le a magok egymás taszítását? Kézenfekvő megoldás: magas hőmérsékleten gyorsan röpködnek és így közel kerülhetnek egymáshoz. (Termikus fúzió) Magok találkozása kis sebességgel Magok találkozása nagy sebességgel március 10. 9

9 Nehézség: Több mint 100 millió K kell ahhoz, hogy elég közel kerülhessenek! Szerencse: A nukleonok hullámtermészete miatt ha már elég közel vannak, bizonyos valószínűséggel mégiscsak kialakul a kötés. (Alagút-effektus.) Pár tízmillió K is elegendő! március

10 Néhány lehetséges fúziós folyamat Deutériumtrícium fúzió CNO-ciklus Proton-proton fúzió március

11 Fúzió a Napban Bonyolult ciklusokon keresztül vezet oda, hogy a Nap hidrogénkészlete fokozatosan héliummá alakul. A folyamat 15 millió fokon játszódik le. Tisztán csak a hőmérsékletből származó sebesség nem lenne elég az atommagok egymáshoz ütközéséhez! A Napban uralkodó hatalmas gravitációs nyomás segíti a fúziós folyamatokat! A Földön ilyen hatalmas nyomásra nem számíthatunk! Sokkal magasabb hőmérsékletre van szükség a Földön! március

Tisztán csak a hőmérsékletből származó sebesség nem lenne elég az atommagok egymáshoz ütközéséhez!

Erőművi fúziós folyamat D + T 4 He (3,5 MeV) + n (14 MeV) Mintegy 75 millió fokos termikus közegben nagy valószínűséggel (alagúteffektusnak köszönhetően) lezajlik!

12 Erőművi fúziós folyamat D + T 4 He (3,5 MeV) + n (14 MeV) Mintegy 75 millió fokos termikus közegben nagy valószínűséggel (alagúteffektusnak köszönhetően) lezajlik! Az összes többi lehetséges fúziós reakcióhoz sokkal magasabb hőmérséklet kellene! Az anyag atomjai ilyen hőmérsékleteken teljesen szétesnek atommagokra és elektronokra. Ez az anyag negyedik halmazállapota, a PLAZMA! március

Az összes többi lehetséges fúziós reakcióhoz sokkal magasabb hőmérséklet kellene!

13 A fúziós folyamat energiamérlege Az önfenntartó fúziós energiatermelés feltétele: megtermelt energia = energiaveszteség Lawson n τ C(T) ~ 10^(20) D+T esetén Stabil égés! A folyamat nem szaladhat meg! Biztonság! március

energiaveszteség Lawson n τ C(T) ~ 10^(20) D+T esetén

Mágneses összetartás Kis sűrűség hosszan összetartva! Érintkezés az edény falával! Lehűti a plazmát! Homogén mágneses térben való lebegtetés!

14 Mágneses összetartás Kis sűrűség hosszan összetartva! Érintkezés az edény falával! Lehűti a plazmát! Homogén mágneses térben való lebegtetés! A töltött részecskék spirálpályán követik a mágneses teret! A plazma nem érintkezik az edény falával! A részecskék kiszöknek a végeken! Zárjuk egymásba a két véget! TÓRUSZ! március

A töltött részecskék spirálpályán követik a mágneses teret!

TOKAMAK A tóruszban a mágneses tér nem homogén részecskék szétválása töltésük szerint vertikális elektromos tér E x B sebesség sugárirányú plazma a falon! Indukáljunk áramot a plazmában!

15 TOKAMAK A tóruszban a mágneses tér nem homogén részecskék szétválása töltésük szerint vertikális elektromos tér E x B sebesség sugárirányú plazma a falon! Indukáljunk áramot a plazmában! A plazmaáram mágneses tere megkeveri a plazmát megszűnik a részecskék szétválása. a plazma nem kenődik a falra! A plazma áramlása a TOKAMAK-ban turbulens nehéz növelni az összetartási időt! március

A plazmaáram mágneses tere megkeveri a plazmát megszűnik a részecskék szétválása.

16 Trícium szaporítása A trícium gáznemű radioaktív anyag! Felezési ideje 12,9 év! A tríciumot elő kell állítani a fúziós erőmű számára! Li + n 4 He + T Lítium nagy mennyiségben fordul elő a földkéregben. Viszonylag olcsón kivonható onnan! A trícium szaporításához szükséges neutronokat vehetjük a fúziós reakcióból. Li szaporító köpeny a reaktor része! március

Li + n 4 He + T Lítium nagy mennyiségben fordul elő a földkéregben.

17 Fúziós reaktor koncepciója március

18 ITER Kísérleti reaktor a megtermelt energia nem kerül a hálózatra! Szupravezető mágnesek 4 K fokos hőmérsékleten! Plazma hőmérséklete: millió fok! Becsült EU hozzájárulás: ~ 20 milliárd / 10 év Indítás tervezett éve: 2018 Nemzetközi együttműködés: (EU, Japán, Kína, India, Dél Korea, USA, Oroszország) március

19 A fúziós energiatermelő reaktor előnyei Kevés bemenő üzemanyag szükséges! Napi anyagszükséglet 1 GW-os erőműre: (1GW 1 nap/17 MeV) 8 mp = /( ) = 0.4 kg A bemenő üzemanyag (D, Li) és a végtermék (He) nem radioaktív! A közbülső trícium viszont radioaktív és igen illékony! A keletkezett neutronok felaktiválják a szerkezeti elemeket! A fúziós energia melléktermékeként keletkezik radioaktivitás! Igaz viszonylag rövid felezési idejű izotópok formájában! Nem termel üvegházhatású gázokat! A bemenő üzemanyag mindenütt megtalálható szinte korlátlan mennyiségben! A fúziós reaktor azonnal leáll a legkisebb, üzemi állapottól való eltéréskor! március

A keletkezett neutronok felaktiválják a szerkezeti elemeket! A fúziós energia melléktermékeként keletkezik radioaktivitás!

20 ITER Az ITER sikere azon múlik, hogy: sikerül e megoldani még néhány alapvető fontosságú fizikai problémát, lesz e elegendő műszaki végzettségű ember, aki ezen a projekten akar dolgozni! Az elkövetkező mintegy 25 évben fizikusok százaira, és mérnökök ezrei lesz szükség a fúziós energetikában! Magas szintű természettudományos és műszaki képzésre lesz ehhez szükség!! március

Az elkövetkező mintegy 25 évben fizikusok százaira, és mérnökök ezrei lesz szükség a fúziós

21 Fúziós kutatások Egyetemünkön A Széchenyi István Egyetem óta tagja a Magyar Fúziós Szövetségnek A kutatómunkát a Fizika és Kémia Tanszék részéről Berta Miklós koordinálja A fúziós kutatások részét képezik Egyetemünk Alkalmazott magfizikai kutatások kutatási főirányának FUSENET: nemzetközi oktatási projekt. * 40 európai egyetem és kutatóintézet * Cél: a fúziós technológia oktatásának koordinálása * Portál: Egyetemünk szerverein. Fejlesztők és működtetők: Varga Ágnes, Molnár Csaba (SZE Informatika Tanszék) március

22 Fúziós kutatások Egyetemünkön Együttműködő partnereink a fúziós kutatások területén KFKI RMKI Institute for Plasmaphysics Prague, Czech Republic Centrum of Plasmaphysics Research at Lausanne, Switzerland március

23 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra EDICAM gyorskamera megfigyelő rendszer KFKI RMKI val szoros együttműködésben március

24 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra Li nyaláb diagnosztika és Atomnyaláb Szonda fejlesztése március

25 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra március

26 Szennyezőtranszport vizsgálatok Lausanneban Lézer blow off (Si, Al) (tervezte: KFKI) Gyors gázbelövő(d, He, Ne, Ar) (tervezte és gyártotta: Titrik Ádám SZE Közúti és Vasúti Járművek Tanszék) március

27 Szennyezőtranszport vizsgálatok Lausanneban Mért adatok feldolgozása a Fizika és Kémia Tanszéken fejlesztett Genetikus algoritmus alapú szoftverrel. (Dr. Horváth András, Berta Miklós) március

28 Zonális áramlások szerepe Turbulens plazmaáramlás Nyírt áramlás megjelenése Fal irányú transzport csökkenése Az ITER működéséhez tudnunk kell kelteni ezeket a nyírt áramlásokat! március

29 Zonális áramlások detektálása Gyorsított töltött részecskékkel detektálhatóak nagyon drága Langmuir szondák adatai alapján szofisztikált kiértékelési eljárással kis berendezéseken olcsó mérési eljárás Bencze, Berta, Zoletnik tokamakban másodikként a világon március

30 Mágnesezett elektrolit és zonális áramlás Bardóczi László BME Berta Miklós SZE Dr. Bencze Attila KFKI március

31 Mágnesezett elektrolit és zonális áramlás március

32 Plazmacső Gubicza Ágnes BME Mórocz Tamás SZE Berta Miklós SZE március

33 Mára a fúziós energiatermelés megoldásához fizikusi erőfeszítések mellett egyre növekvő mértékben van szükség mérnöki erőfeszítésekre. Fúziós reaktor = fizikus és mérnök közös kutatómunkája Köszönöm a figyelmet! Az előadás animációi részben az EFDA Fusion Power for future generations CD ROM ról származnak! Felhasználásuk ismeretterjesztő célokra engedélyezett!! március

34 A következő előadásunk Dr. Gál Péter Quo vadis automobil? Hogyan autózunk a következő évtizedben? április 7. 18:00-19: március

35 TÁMOP / KÖSZÖNJÜK MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! A rendezvény a SZ i ENCE4YOU Tudás- és tudomány disszemináció a Széchenyi István Egyetemen című projekt keretében valósult meg. A program szervezői, támogatói: 36

Hasonló dokumentumok

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon Pokol Gergő BME NTI MAFIHE TDK és Szakdolgozat Hét 2015. november 9. Fúziós energiatermelés A csillagokban is fúziós reakciók zajlanak, azonban ezek túl kis energiasűrűséggel