laboratóriumban - Mágneses Nap a Zoletnik Sándor Magyar Euratom Fúziós Szövetség mki.kfki.hu zoletnik@rm KFKI-RMKI Magyar Euratom Fúziós Szövetség



Hasonló dokumentumok
Napszelidítés: Energiatermelés Szabályozott Magfúzióval?

Janecskó Krisztián Eötvös Loránd Tudományegyetem

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Fúziós plazmafizikai kutatások Magyarországon és az Európai Unióban

Hogyan hozzuk le a Napot a Földre?

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Deutériumjég-pelletek behatolási mélységének meghatározása videódiagnosztikával

Fúziós energiatermelés

Dr. Géczi Gábor egyetemi docens

Radioaktivitás. 9.2 fejezet

A testek részecskéinek szerkezete

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

DEUTÉRIUMJÉG PELLETEK ÉS FORRÓ PLAZMA KÖLCSÖNHATÁSÁNAK VIZSGÁLATA PhD értekezés

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

ELM-KELTÉS FOLYAMATÁNAK VIZSGÁLATA FAGYASZTOTT DEUTÉRIUM PELLETEKKEL

Biofizika tesztkérdések

Fizikaverseny, Döntő, Elméleti forduló február 8.

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Ph Mozgás mágneses térben

Atommag, atommag átalakulások, radioaktivitás

töltéssel rendelkező vagy semleges részecskék kinetikus energiája és (vagy) impulzusa a kondenzált közegek atomjaival ütközve megváltozhat.

Részecske- és magfizikai detektorok. Atommag és részecskefizika 9. előadás május 3.

Környezetgazdálkodás ban gépészmérnöki diplomát szerzett Dr. Horváth Márk ben ő lett az első Fizikai Nobel-díj tulajdonosa.

Fizika évfolyam

A kvantumfolyadékok csodái a szuperfolyékony hélium Sasvári László ELTE Fizikai Intézet Komplex Rendszerek Fizikája Tanszék

Trícium kalorimetria részvétel egy EFDA tréning programban

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

KOCH VALÉRIA GIMNÁZIUM HELYI TANTERV FIZIKA évfolyam évfolyam valamint a évfolyam emelt szintű csoport

9. Radioaktív sugárzás mérése Geiger-Müller-csővel. Preparátum helyének meghatározása. Aktivitás mérés.

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

19. Az elektron fajlagos töltése

2. Melyik az, az elem, amelynek harmadik leggyakoribb izotópjában kétszer annyi neutron van, mint proton?

Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében

Nagy Sándor: Magkémia

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

KÉMIA TEMATIKUS ÉRTÉKELİ FELADATLAPOK. 9. osztály A változat

I. Az anyagszerkezetről alkotott kép változása Ókori görög filozófusok régi kérdése: Miből vannak a testek? Meddig osztható az anyag?

Az ionizáló és nem ionizáló sugárzások összehasonlító elemzése. Készítette: Guáth Máté Környezettan Bsc Témavezető: Pávó Gyula

DUNAÚJVÁROSI FŐISKOLA ANYAGTUDOMÁNYI ÉS GÉPÉSZETI INTÉZET. Gyártástechnológia. Dr. Palotás Béla

Pelletek és forró plazma kölcsönhatásának vizsgálata

Különböző fényforrások (UV,VIS, IR) működési alapjai, legújabb fejlesztések

A Tycho-szupernova. 1572ben Tycho Brahe megfigyelt egy felrobbanó csillagot. 400 évvel később egy többmillió fokos buborék látható (zöld és kék a

Példák a Nem fosszilis források energetikája gyakorlatokhoz tavasz

ACTA CAROLUS ROBERTUS

CÉLOK ÉS FORRÁSOK (2008)

Szabályozott magfúzió

Biztonsági adatlap. 1. Az anyag/keverék és a vállalat/vállalkozás azonosítása. 2. A veszély meghatározása

Az Új Ururu Sarara FTXZ-N + RXZ-N

Szabályozott magfúzió

RIAREX kerítésvédelem

Tájékoztató. Értékelés. 100% = 100 pont A VIZSGAFELADAT MEGOLDÁSÁRA JAVASOLT %-OS EREDMÉNY: EBBEN A VIZSGARÉSZBEN A VIZSGAFELADAT ARÁNYA 40%.

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

M M«1. SZAKASZ Az anyag/keverék és a vállalat/vállalkozás azonosítása

ÚJ NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉSI MÓDSZEREK TECHNOLÓGIAI ELEMEINEK FEJLESZTÉSE

Fúziós kutatások az alapoktól napjainkig

Előadás menete. Magfúzióból nyerhető energia és az energiatermelés feltétele. Fúziós kutatási ágazatok

HULLADÉK ÉGETÉS X. Előadás anyag

A fúzió jövője, az ITER jelene

Paksi Atomerőmű üzemidő hosszabbítása. Meghatározások

Hidrogéntől az aranyig

Példák a Környezeti fizika az iskolában gyakorlatokhoz tavasz

A biogáztermelés helyzete Magyarországon.

JÉKI LÁSZLÓ. A radioaktív sugárzások forrásai: az atomok

Szabályozott magfúzió

Szabályozott magfúzió

1. táblázat. Szórt bevonatokhoz használható fémek és kerámiaanyagok jellemzői

Az emberiség egyik sorskérdése: az energia

'lo.g^ MA Go 1 /V Z. \flz I SZOLGÁLATI TALÁLMÁNY

Az elemeket 3 csoportba osztjuk: Félfémek vagy átmeneti fémek nemfémek. fémek

Fúziós energiatermelés

Tokamak és sztellarátor napjainkban

A termikus hasznosítók lényegesen nagyobb mennyiséget is fel tudnának venni, mint ami rendelkezésre áll, ezért virágzik az import.

3 He ionokat pedig elektron-sokszorozóval számlálja. A héliummérést ismert mennyiségű

OSZTÁLYOZÓ VIZSGA TÉMAKÖREI

Bevezetés a fúziós plazmafizikába 3.

7. é v f o l y a m. Összesen: 54. Tematikai egység/ Fejlesztési cél. Órakeret. A testek, folyamatok mérhető tulajdonságai. 6 óra

SZAKKÉPZÉSI KERETTANTERV a(z) ALTERNATÍV GÉPJÁRMŰHAJTÁSI TECHNIKUS SZAKKÉPESÍTÉS-RÁÉPÜLÉSHEZ

. számú előterjesztés

Atomfizikai összefoglaló: radioaktív bomlás. Varga József. Debreceni Egyetem OEC Nukleáris Medicina Intézet Kötési energia (MeV) Tömegszám

Magfizika. (Vázlat) 2. Az atommag jellemzői Az atommagok rendszáma Az atommagok tömegszáma Izotópok és szétválasztásuk Az atommagok mérete

FIZIKA KÖZÉPSZINTŰ SZÓBELI VIZSGA TÉMAKÖREI ÉS KÍSÉRLETEI

5. témakör. Megújuló energiaforrások

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

HEVESY GYÖRGY ORSZÁGOS KÉMIAVERSENY

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 3.

Éves jelentés az energiafelhasználásról 2009.

A vas- és acélhulladékok piacának alakulása

A DIFFÚZIÓS KÖDKAMRA ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI A KÖZÉPISKOLAI MAGFIZIKA OKTATÁSBAN


Nehézion ütközések az európai Szupergyorsítóban

BIZTONSÁGI ADATLAP (Az 1907/2006/EK és az 1272/2008/EK rendelet szerint) oldal 1 / 6

BIZTONSÁGI ADATLAP Készült az 1907/2006/EK REACH és a 1272/2008/EK rendeletek szerint

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

Javítóvizsga. Kalász László ÁMK - Izsó Miklós Általános Iskola Elérhető pont: 235 p

F1404 ATOMMAG- és RÉSZECSKEFIZIKA

Átírás:

Mágneses Nap a laboratóriumban - szabályozott mag gfúziós kutatások Zoletnik Sándor KFKI-Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Magyar Euratom Fúziós Szövetség zoletnik@rm mki.kfki.hu KFKI-RMKI Magyar Euratom Magyar Euratom Fúziós Szövetség

Miért kell nekünk a nukleáris energia? Ma dominánsan fosszilis energiaforrásoka at thasználunk: Források végesek Globális energiafelhasználás növekszik -> árak emelkednek CO 2 kibocsátás -> üvegházhatás(?) CO 2 mentes új energiaforrások: Napenergia: Magyarországon legalább 1000 km 2 felület kellene (csak villamosenergiához): 1000 km 2 =10 9 m 2 -> 100 m 2 /fő Beépített környezetben nem elég a hely Költség magas: Nem valószínű, hogy olcsóbb lesz mint: 10000 Ft/m 2 100m 2 ->1 mioft/fő 10 év élettartam -> 10x30000 kwh/fő -> 30 Ft/kWh (átmeneti ti tárolás, fenntartás, tá földbérlet, l...stb nélkül) Szélenergia: 1MW csúcsteljesítmény, 10% kihasználtság 10 6 -> 1 szélkerék/300 fő Magyarországon nincs elég szél Nincs elég hely Hogyan tároljuk az energiát? Bioenergia: Nagyságrendekkel kisebb hatásfok mint a direkt napenergia -> nagyságrendekkel nagyobb terület kwh/év 2. oldal

Miért kell nekünk a nukleáris energia? További alapvető stratégiai problémák a megújuló energiaforrásokkal: Időben és térben egyenetlen: Magyarországon több Balatonnyi viztároló kellene csak a napi ingadozások kiegyenlítésére. Az embertől független források Éppen akkor esnek ki ha megváltozik a környezet (éghajlatváltozás, vulkánkitörés,...) Nem valószínű, hogy a megújuló források hozzá az energiaszükséglet fedezéséhez valaha is pár 10%-nál többel járuljanak Az összes nem-megújuló forrás valamilyen anyagot alakít át más anyaggá: Kémiai átalakulás (atomhéj): <1 ev/atom -> 100-1000 kg/fő/év Nukleáris átalakulás (atommag): > 1 MeV/atom -> 1g/fő/év A kémiai átalakuláson alapuló energiatermelési sémák mindenképpen óriási anyagmennyiséget igényelnek: Források végesek Óriási hulladékmennyiség Hosszú távlatban mindenképpen meghatározó kell, hogy legyen a nukleáris energetika 3. oldal

Magreakciók Az atommagok kötési energiája a vas környékén a legnagyobb. gy Erősebb kötést lehet elérni: Nagyobb magok hasításával (fisszió) Kisebb magok egyesítésével (fúzió) A kiinduló magok és a végtermék magok kötési energiájának különbségét hasznosítjuk. 4. oldal

Fúzió és fisszió A fissziós reakció szinte adja magát A megfelelő anyagok összerakásakor kevés neutron hatására megindul A fúziós reakcióhoz az atommagoknak közel kell egymáshoz kerülniük: Elektrosztatikus taszítás akadályozza Kellően gyors részecskék kellenek részecskegyorsító nagyon magas hőmérséklet

Energiatermelés fúzióval hidrogénbomba, atomerőmű fúziós erőmű? A reakciók: D + T 4 He(3.5 MeV) + n(14mev) Li +n 4 He + T Napi anyagszükséglet 1 GW-os erőműre: (1GW 1 nap/17 MeV) 8 m p = 10 9 3600 24/(1.7 10 7 1.6 10-19 ) 8 1.6 10-27 = 0.4 kg Nincsenek radioaktív végtermékek Kiindulási anyagok korlátlanul és egyenletesen elosztva állnak rendelkezésre 6. oldal

Fúziós égés A plazma hőmérsékletének emelésével a veszteségek mindig nőnek, a fúziós teljesítménynek maximuma van: Ha elég kicsik a veszteségek, akkor mag gától stabil pontba áll be a plazma Ha nagyok a veszteségek, nincs önfenntartó reakció. Nem lehetséges s megszaladás. 7. oldal

Radioaktív anyagok A plazmában csak kb. 10 mg Trícium van: teljesen veszélytelen a környezetre. Az egész fúziós erőműben kb. 1 kg Trícium lesz: súlyos baleset esetén sem kell kiüríteni a környéket A fúziós reakcióban keletkező neutronok magreakciókat váltanak ki a szerkezeti anyagokban: felaktiválódás (Maguk a neutronok 1/2 óra alatt hidrogénné alakulnak) Hagyományos (EUROFER) anyagokkal kb. 100 év alatt bomlanak le a radiaoktív anyagok Fejlettebb anyagokkal minimális radioaktivitás maradna vissza. A radioaktivitás kezelhető 8. oldal

Fúzió és plazma Az atommagok taszítják egymást csak gyorsan mozgó magokkal lehet f Gyorsító: a megreakciókat kiválóan lehet vizsgálni Termikus mozgás: 100 millió C fúziós reakciót létrehozni: A Nap hatalmas térfogatában 10 millió C hőmérséklet is elég 100 milló C-on at atomok mozgási energiája sokkal nagyobb mint az elektronok kötési energiája az elektronok leszakadnak az atommmagokról plazma 9. oldal

Plazma demonstráció Ritka gázban a szabad elektronokat az elektromos tér akkora sebességre gyorsítja, hogy egy gázatommal ütközve le tudnak ütni egy újabb elektront elektron lavina, ionizáció Ez az elektromos kisülés létrehoz szabad elektronokat és ionokat plazma Az elektronok gerjesztik is a gázatomokat, a keletkező fényt látjuk A plazma töltött részecskéinek mozgását mágneses tér befolyásolja 1000V+ 1000V- 10. oldal

Összetartás vagy robbanásszerű reakció? Lawson kritérium: nτ > 10 E 20 m -3 s Mágneses plazmaösszetartás: - Larmor mozgás a tér mentén - Diffúzió az ütközések miatt a térre merőlegesen. Tehetetlenségi összetartás: E =r/c s, kompresszió kell Az amerikai NIF kísérlet 11. oldal

Mágneses plazmaösszetartás A mágneses erővonalak zárásával tórusz alakú berendezéseket kapunk. A tér görbülete miatt a részecskék mozgása kissé letér az erővonalakról: helikálisan felcsavart erővonalak kellenek. Az összes mai berendezés helikális mágnes ses teret t használ. Helikális tér külső tekercsekkel, v. geometriával: Sztellarátor Helikális tér plazmaárammal: Tokamak Nem kell plazmaáram. Alapvetően állandó működés. Bonyolult geometria A plazmaáram szükséges a mágneses konfigurációhoz. Egyszerű geometria 12. oldal

Létező tokamakk berendezések 13. oldal

Sztellarátorok A tokamakok k k elterjedése után a sztellarátor rok népszerűtlenek lettek Néhány lelkes csapat továbbfejlesztette őket és lehet, hogy A jövőben valamikor megint a tokamak versenytársai lesznek 14. oldal

LHD Egy óriási Heliotron Japánban 15. oldal

Kompakt (szférikus) tokamak Ató tórusz nagysugarát csökkentve majdnem m gömb alakú plazmát lehet csinálni: kompakt (szférikus) tokamak 16. oldal

Fúziós technológiák: vákuum, mágneses tér Vákuum: A plazma igen ritka, kb. 1/100000lé légköri köisűrűségű űű űezért étvákuumrendszer kell Mágneses tér: Legtöbb berendezésen réz tekercs, hatalmas teljesítnény (JET: 800MW) Néhány berendezésen szupravezető: kiforrott technika, elhanyagolható teljesítmény Anyagutánpótlás: Gázbeeresztés (nem hatékony) Hidrogén jég (pellet) belövés: v= km/s, f=10hz 17. oldal

A plazma-fal kölcsönhatás szabályzása A plazma szélére kijutó részecskék bombáz zzák a falat amelynek anyaga szennyezi a plazmát. Kontrollált plazma-fal kölcsönhatás: divertor 18. oldal

Fúziós technológiák: fűtés, áramhajtás Áram (tokamak): Induktív áramgerjesztés (csak impulzus <10 sec) Mikrohullámú áramhajtás (1 GHz-100 GHz, 1MW) Fűtés: Ohmikus fűtés (kevés a fúzióhoz) Semleges részecske (NBI) Mikrohullámú (lower hibrid) antenna Ion-ciklotron frekvencia (30 MHz) Elektron-ciklotron frekvencia (100GHz) Semleges részecske injektor vázlata Teljesítmények: 0.5-10 MW/blokk < 40 MW/berendezés 19. oldal

Fúziós technológiák: Trícium, távműködtetés A tokamakok nagy része csak D plazmával foglalkozik. T kompatibilis berendezés: JET T szennyezett környezetben távvezérelt szerelési módokat is kipróbáltak. Divertor szerelés a JET-en 20. oldal

Fúziós technológiák: diagnosztika A fúziós kutatások első 20 évében a plazma belsejéről csak igen kevés információ volt. A szokásos fizikai mérőműszerek nem alkalmasak egy 10 6 K hőmérsékletű plazmában mérni. Speciális mérési eljárások kellenek: plazmadiagnosztika Ehhez szinte az egész fizika eszköztárát has sználjuk: Elektromágneses hullámok, sugárzás: 0Hz - MeV Mágneses hurkok, elektromos szondák,... Spektroszkópia, lézerek Atomnyaláb szondák: termikus --> MeV Részecske analizátorok. Egy mai modern berendezésben a legtöbb paramétert (n e,n i,t e,t i,i p,z eff,e, ) tér- és időbeli felbontással lehet mérni. A JET tokamak diagnosztikái. Piros keretben az RMKI hozzájárulás 21. oldal

Hol tartunk ma? 22. oldal

A következő lépés Amit a mai berendezések nem tudnak: Alfa részecse fűtés Q>1 energiamérleg Trícium termelés Li-ból (tritium breed er) A reaktorig 1 közbenső lépés kell: ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) EU-Japán-Orosz-USA-Kína-Korea-India projekt Legalább Q=10 Tritium termelés tesztelése kb. 4 10 9 EUR, 8 év építés Cadarache, Franciaország Bár a fizikában még évtizedekig sok tennivaló lesz, az ITER építésében alapvető a technológia 23. oldal

ITER Kriosztát Szupravezető mágnes Divertor Ember 24. oldal

ITER építés ~100m 25. oldal

Mi lesz Mi lesz (és mi ay ne ITER em lesz) kísérlet? az ITER A fúziós energiatermelés technológiájának praktikus demonstrációja: Plazma előállítás, vezérlés Trícium termelés Szupravezető berendezés Mi nem lesz: Áramtermelés Folyamatos üzem Sok neutron (nem roncsolják a berendezést) Az ITER után nem lehet még kereskedelmi erőművet építeni Kell még egy ipari demonstráció: DEMO Fúziós erőművek tehát csak a XXI század 2. felében lesznek. 26. oldal