Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében Pokol Gergő BME NTI Nukleáris Újságíró Akadémia 2014. március 6.
Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében Fúziós energiatermelés bevezető Európai elképzelések: ITER Roadmap 1. Gyors ionok Diagnosztika tervezés, üzemeltetés Adatfeldolgozás 2. Elfutó elektronok Hullámok Integrált tokamak modellezés 3. BES diagnosztikák Modellezés Optikai tervezés Mechanikai tervezés, kivitelezés 4. ITER CXRS 5. Technológia (CFD, MCNP, besugárzás) Oktatás Finanszírozás 2
Fúziós alapok maghasadás 3
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) 4
Mágneses összetartás Tokamak Sztellarátor (1) vákuumkamra, (2) mágneses tekercsek, (3) plazma, (4) plazmaáram, (5) mágneses erővonal, (6) mágneses tengely, (7) radiális irány, (8) toroidális irány, (9) poloidális irány 5
ITER tokamak Európai fúziós kutatások Fusion Roadmap Cadarache, Franciaország Építi EU (F4E), USA, Oroszo., Kína, Dél-Korea, India Célja 10-szeres energiasokszorozás, reaktor technológiák tesztelése Európai (EURATOM) program Célja 2050 előtt hálózatra elektromos áramot termelni DEMO reaktorral Célzott kutatási projektek 6
Gyors ionok és kölcsönhatásaik Kritikus téma az alfa-fűtés (és egyéb fűtések) hatásfoka miatt ASDEX Upgrade tokamakon tanulmányozzuk Diagnosztika tervezés, üzemeltetés Gyorsion-veszteség detektorok az ASDEX Upgrade tokamakon Adatfeldolgozás: Idő-frekvencia analízis, sok diagnosztika összehasonlítása Egyéb tranziens események vizsgálata is: ELM, fűrészfog, 7
Elfutó elektronok 8
Elfutó Elfutó elektronok elektronok modellezése 9
Elfutó elektronok modellezése Elméleti számítások és numerikus szimulációk Elfutó elektronok kölcsönhatása rezonáns plazmahullámokkal Elfutó elektronok keletkezésének modellezése plazmaösszeomlásokban Elfutó elektronok transzportjának modellezése Integrált tokamak modellezés 10
Atomnyaláb-emissziós mérőrendszerek Semleges atomnyalábot lövünk a plazmába Az atomnyaláb atomjait gerjesztik a plazma részecskéi A karakterisztikus sugárzást detektálva a plazma sűrűségére következtetünk MHz időfelbontást, cm térbeli felbontást tud plazmahullámok, turbulencia 11
Atomnyaláb-emissziós modellezése, tervezése Modellezés a RENATE programcsomaggal Teljes rendszer modellezése: nyaláb-plazma kölcsönhatás, optika Cél a tervezés és interpretáció segítése Optikai tervezés az Atomfizika Tanszékkel együttműködve Mechanikai tervezés COMPASS, ITER, KSTAR, ASDEX Upgrade, EAST rendszerek, 12
ITER plazmaközepi töltéscsere diagnosztika tervezése 100 kev deutérium atomnyaláb Nyalábatomok és plazma ionok karakterisztikus sugárzását detektálja Periszkóp Spektrométerek Plazmaközepi tartomány megfigyelése felső portból (EU) Periszkópban kizárólag fém tükrök (sugárkárosodás) Diagnosztikai atomnyaláb Optikai szálak 13
ITER plazmaközepi töltéscsere diagnosztika tervezése Előkészületek 2008 óta Most indul a Fusion for Energy (F4E) projekt Nemzetközi konzorcium, BME a második legnagyobb partner: Funkcionális tervezés Neutron- és gammatranszport számítások Periszkóp hűtésének szimulációja Wigner FK, Optimal Optik Kft. BME alvállalkozója: Periszkóp optikai tervezés, vezérlések 14
Egyéb fúziós technológiai fejlesztések, számítások Kamerák sugárkárosodása (pl. W7-X sztellarátor) Detektorrendszerek tervezése (pl. köpeny modulok diagnosztikája) Sugárvédelmi számítások (pl. ITER forrókamra) Hűtőkörök termohidraulikai modellezése és tervezése (pl. ITER) DEMO tríciumszaporítás modellezése 15
Oktatás Oktatói segítség az MTA Wigner FK-ból 22 kreditnyi fúziós tárgy FUSENET követelményeknek megfelelő MSc képzés (Fizikus MSc szakon belül) Kettős doktori képzés a Chalmers Egyetemmel Távmérés labor a GOLEM tokamakon 27 TDK dolgozat (2005 óta) 8 OTDK helyezett (4 OTDK konferencián) 3 Pro Scientia Aranyérmes Budapest Prága 16
Finanszírozás EU + külföld Oktatás Alapkutatás Kutatás-fejlesztés FUSENET, EUROFUSION: Szerződéses: EUROFUSION: WPMST1, WPCD, KSTAR, EAST, doktorandusz képzés ERP ASDEX, HL-2A F4E: ITER-CXRS EUROFUSION: WPMST2, WPJET3, BB Magyar Tananyagíró TÁMOP (lezárult) Állami doktorandusz ösztöndíjak NKTH pályázatok (lezárultak) 17
További előadások Náfrádi Gábor: Fúziós diagnosztikai kamerák sugárkárosodásának vizsgálata Kovácsik Ákos: Fúziós diagnosztikai berendezések tervezése Magyar fúziós közösség honlapja: www.magfuzio.hu Források BME NTI Fúziós Csoport honlapja: http://www.reak.bme.hu/kutatas/fuziokutatas.html FUSENET Európai Fúziós Oktatási Együttműködés honlapja: www.fusenet.eu Hivatalos ITER honlap: www.iter.org 18