Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

Hasonló dokumentumok
ziós s plazmafizikába 10.

Hogyan hozzuk le a Napot a Földre?

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

Fúziós energiatermelés

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Tokamak és sztellarátor napjainkban

Szabályozott magfúzió

Szabályozott magfúzió

Szabályozott magfúzió

Janecskó Krisztián Eötvös Loránd Tudományegyetem

Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében

Szabályozott magfúzió

A fúzió jövője, az ITER jelene

DEUTÉRIUMJÉG PELLETEK ÉS FORRÓ PLAZMA KÖLCSÖNHATÁSÁNAK VIZSGÁLATA PhD értekezés

Napszelidítés: Energiatermelés Szabályozott Magfúzióval?

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 3.

Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban

Deutériumjég-pelletek behatolási mélységének meghatározása videódiagnosztikával

SZABÁLYOZOTT MAGFÚZIÓ MÁGNESES ÖSSZETARTÁSSAL I. AZ ALAPOK

ELM-KELTÉS FOLYAMATÁNAK VIZSGÁLATA FAGYASZTOTT DEUTÉRIUM PELLETEKKEL

Fúziós plazmafizikai kutatások Magyarországon és az Európai Unióban

Pelletek és forró plazma kölcsönhatásának vizsgálata

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 1.

Pokol Gergı BME NTI. Mag- és részecskefizika május 4.

Bevezetés a fúziós plazmafizikába 3.

A Tömegspektrométer elve AZ ATOMMAG FIZIKÁJA. Az atommag szerkezete (40-44 oldal) A tömegspektrométer elve. Az atommag komponensei:

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

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

Fúziós berendezések TBM

Fúziós energiatermelés

A FÚZIÓ JÖVŐJE, AZ ITER JELENE

Mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

Hegységképződési folyamat: A hegységek keletkezése két lépcsőben zajlik, egyik lépcső a tektogenezis, másik az orogenezis.

A NAPENERGIA ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI MAGYARORSZÁGON. Készítette: Pap Mónika Környezettan BSc Témavezető: Pieczka Ildikó

NEUTRON-DETEKTOROK VIZSGÁLATA. Mérési útmutató BME NTI 1997

Sillabusz az Orvosi kémia szemináriumokhoz. Pécsi Tudományegyetem Általános Orvostudományi Kar 2010/

Az atomreaktor. 4. fejezet. 4. előadás

Amit a Hőátbocsátási tényezőről tudni kell

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

Az affektív tényezők hatása a tanulmányi eredményességre Zsolnai Anikó

Pozitron-emissziós tomográf (PET) mire való és hogyan működik?

Deutériumjég-pelletek behatolási mélységének meghatározása videódiagnosztikával

Hőszivattyúk Makk Árpád Viessmann Akadémia. Viessmann Werke Hőszivattyúk. Chart 1

Hőszivattyú. Zöldparázs Kft

SZAKÁLL SÁNDOR, ÁsVÁNY- És kőzettan ALAPJAI

Az elektromágneses anyagvizsgálat alapjai

ELSŐ ZH-kédések kidolgozása: BY HENTES

A PAKSI ÜZEMZAVAR HELYREÁLLÍTÁSI MUNKÁI

Trícium kalorimetria részvétel egy EFDA tréning programban

DEUTÉRIUMJÉG PELLETEK ÉS FORRÓ PLAZMA KÖLCSÖNHATÁSÁNAK VIZSGÁLATA PhD tézisfüzet

A Siemens szerepe a hazai és európai elosztótranszformátor piac fejlődésében

Automata külső defibrillátor

ÚTBAN A JET-TŐL AZ ITER FELÉ

A termikus kezelés helye és szerepe a hulladékgazdálkodásban

Útban a JET-től az ITER felé Zoletnik Sándor KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet

ÚJ NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉSI MÓDSZEREK TECHNOLÓGIAI ELEMEINEK FEJLESZTÉSE

Mőszaki menedzserek részére 1. témakör

[GVMGS11MNC] Gazdaságstatisztika

Épületvillamosság laboratórium. Villámvédelemi felfogó-rendszer hatásosságának vizsgálata

Tantárgyi program. 9. A tantárgy hallgatásának előfeltétele, előképzettségi szint: 10. A tantárgy tartalma:

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Mágneses alapjelenségek

Mágneses alapjelenségek

Atomenergia: Egyesült Államok, Németország és Svájc

Fúziós kutatások az alapoktól napjainkig

Telekommunikáció Mészáros István Kábelmenedzsment

EGÉSZTESTSZÁMLÁLÁS. Mérésleírás Nukleáris környezetvédelem gyakorlat környezetmérnök hallgatók számára

Alváz. Billenős / Állat

Generali Alapkezelő Privát Vagyonkezelés Befektetési szakértelem immáron 20 éve

Definíció (hullám, hullámmozgás):

L Ph 1. Az Egyenlítő fölötti közelítőleg homogén földi mágneses térben a proton (a mágneses indukció

A LÉGKÖR SZERKEZETE. A légkör fizikai tulajdonságai alapján rétegekre osztható

Mérési útmutató Periodikus jelek vizsgálata, egyfázisú egyenirányító kapcsolások Az Elektrotechnika tárgy 5. sz. laboratóriumi gyakorlatához

Részecskefizikai jelenségek és megfigyelési módszerek

Autóipari beágyazott rendszerek. Fedélzeti elektromos rendszer

Fúziós plazma turbulenciájának és tranziens eseményeinek vizsgálata nyalábemissziós spektroszkópiával. Doktori értekezés

Játékok (domináns stratégia, alkalmazása

Külső szűrők. A típus tagjai immár milliós nagyságrendben működnek világszerte, bizonyítva a konstrukció hatékonyságát és időtállóságát.

Kispesti Deák Ferenc Gimnázium

Energiagazdálkodás: a fenntarthatóság egyik kulcsterülete

FIATAL MŰSZAKIAK TUDOMÁNYOS ÜLÉSSZAKA

Kispesti Deák Ferenc Gimnázium

Molekuláris motorok működése

Aspektus könyvekben gyakran használt újszerű megfogalmazások szójegyzéke

Napkollektor. Zöldparázs Kft

SW process Feladatok. SW process Feladatok

KOVÁCS ENDRe, PARIpÁS BÉLA, FIZIkA II.

11 Baradlai Pál, Tilky Péter, Mészáros Béláné, Schunk János,

BME-VIK villamosmérnök BSc, 3. félév Elektrotechnika 3. ZH

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Két szóból kihoztuk a legjobbat... Altherma hybrid

Autó-Licit Kft. MŰSZAKI SZAKÉRTŐI VÉLEMÉNY

Hőhidak meghatározásának bizonytalansága. Sólyomi Péter ÉMI Nonprofit Kft.

Vállalkozásfinanszírozás

Fa- és Acélszerkezetek I. 5. Előadás Stabilitás I. Dr. Szalai József Főiskolai adjunktus

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

Átírás:

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben? Dr. Pokol Gergő Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, Természettudományi Kar, Nukleáris Technikai Intézet 59. Országos Fizikatanári Ankét és Eszközbemutató 2016. március 13.

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben? A fúziós reaktorok fizikájáról dióhéjban A fúziós reaktorok technológiája Hol tartunk ma? Fúziós útiterv 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) ~100 millió C plazma! A fúziós reakcióban nem keletkeznek radioaktív izotópok! 4

Lehet-e gyorsítóval energiát termelni? Nem, mert a fúziós reakciók valószínűsége sok nagyságrenddel kisebb a rugalmas szórásénál. Fúziós energiát termelni csak termikus közegben lehet! Ha a céltárgy termikus egyensúlyba kerül a nyalábbal, akkor az ütközések során az átlagos energiacsere nulla. 5

Fúziós teljesítmény (MW) Fúziós reaktor energiamérlege A fúziós reaktor energiasokszorozását a Q tényezővel szokás jellemezni: Q P f P ahol P h a külső plazmafűtés teljesítménye, P f a felszabaduló fúziós teljesítmény. h Q=0.64 Q=0.2 Idő (s) 6

Fúziós plazma energiamérlege A fúziós reakcióban felszabaduló energia jelentős részét (~20%) az a-részecskék viszik el. Ha ezeket a plazma többi töltött részecskéjével együtt össze tudjuk tartani, akkor az a-részecske fűtés meghaladhatja a veszteségeket. Mivel ekkor nem kell külső plazmafűtés, ezért Q=. Lawson-kritérium: n e 20 3 10 s / m T i 25keV Amikor ez bekövetkezik, akkor a plazma begyújt. Az égési pontban a plazma stabil állapotban marad, amíg a gázösszetételt és más körülményeket fenn tudjuk tartani. 7

Fúziós plazma összetartásának módjai A Lawson kritérium két lehetséges, szélsőséges esetet kínál: Mágneses összetartás (Magnetic confinement). A plazmát mágneses térrel tartjuk össze. A sűrűséget az alkalmazott mágneses tér szabja meg, az energiatermeléshez egy kritikus energiaösszetartási időt kell elérni alacsony sűrűség mellett. Tehetetlenségi összetartás (Inertial confinement, ICF). A plazma szabadon tágul, a Lawson kritérium teljesüléséhez egy kritikus sűrűséget kell elérni, rövid ideig. (NIF, https://lasers.llnl.gov/) 8

Mágneses összetartás Forró, híg plazmában (ionok + elektronok) a részecskék szabad úthossza nagy (gyakorlatilag ütközésmentes rendszerről van szó). Tekintsük szabad, töltött részecskék mozgását! Lorentz-erő: töltött részecske mozgására és a mágneses térre merőleges erő. Spirál pálya a mágneses erővonal mentén. 9

Mágneses összetartás, lineáris geometria Ha a mágneses tér megnő a berendezés végein, úgynevezett mágneses palackot kapunk, amiben a részecskék az összesűrűsödő erővonalak tartományáról visszaverődnek. A közel mágneses térrel párhuzamosan mozgó részecskékre nincs hatással veszteségek a végeken+ stabilitási problémák. 10

Mágneses összetartás, toroidális geometria A lineáris berendezést tórusz alakúra alakítva a végeffektusok elkerülhetők. Ekkor egy tórusz alakú plazmagyűrűt kapunk. Driftek! 11

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 12

13

14

15

16

17

Transzport mágnesesen összetartott fúziós plazmákban (véges összetartás) Bár a részecskék közötti ütközések ritkák (a szabad úthossz 10-100 m), mégsem elhanyagolhatók. Klasszikus transzport. Véletlen lépések, a lépés nagysága a Larmorsugár. Neoklasszikus transzport = klasszikus transzport+toroidális geometria Anomális transzport Plazma turbulencia 18

Plazma turbulencia https://fusion.gat.com/theory/gyro 19

Plazmahatároló elemek A plazma szélére kijutó részecskék bombázzák a falat amelynek anyaga szennyezi a plazmát. Kontrollált plazma-fal kölcsönhatás: divertor Tipikus hőterhelés 1-100 MW/m 2 20

Limiter és divertor a JET tokamakban 21

Fúziós technológiák: fűtés, áramhajtás Áram (tokamak): Transzformátor tekerccsel (csak impulzus <10 sec) Mikrohullámú áramhajtás (1 GHz-100 GHz, 1MW) Fűtés: Plazmaárammal (kevés a fúzióhoz) Semleges részecske belövés (NBI) Mikrohullámú (alsó hibrid) antenna Ion-ciklotron frekvencia (30 MHz) Elektron-ciklotron frekvencia (100GHz) Teljesítmények: 0.5-10 MW/blokk < 40 MW/berendezés Anyagutánpótlás: gázbeeresztés, NBI pelletek 22

Mérőrendszerek, diagnosztikák 23

24

Út a fúziós energiatermeléshez (hivatalos időterv) 2014 2020 2030 2050 Vége 25

ITER tokamak Európai fúziós kutatások Fúziós útiterv Cadarache, Franciaország Építi EU (F4E), USA, Oroszo., Kína, Dél-Korea, India, Japán Célja 10-szeres energiasokszorozás, reaktor technológiák tesztelése Európai (EURATOM) program Célja 2050 előtt hálózatra elektromos áramot termelni DEMO reaktorral Célzott kutatási projektek 26

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) az út Cadarache-ban épül Franciaországban. Első plazma 2020-ban (tavalyi adat) 2025-ben (idei adat?!) 50 MWth 500 MWth Cél: Q 10 átlag francia mérnök 27

Fúziós útiterv (2012 vége) Cél: pár 100 MW fúziós energia hálózatra termelése 2050 előtt Küldetések: 1. Plazma üzemállapotok 2. Hőelvezető rendszerek 3. Neutronsugárzásnak ellenálló anyagok 4. Trícium önellátás 5. Inherens biztonság 6. DEMO tervezése 7. Költséghatékony technológiák 8. Sztellarátorok 28

1. Plazma üzemállapotok Cél: Reaktor-kompatibilis plazma üzemállapotok kifejlesztése Állandósult állapotú tokamak üzemmód (DEMO: több órás kisülések) Eszközök: ITER egyik fő feladata JET: impulzus üzemmód JT-60SA: állandó üzemmód Kis és közepes méretű tokamakok (ASDEX Upgrade): teljes volfrám fal Instabilitások, diszrupciók, elfutó elektronok 29

8. Sztellarátorok Cél: HELIAS sztellarátor technológia fejlesztése. Eszközök: W7-X (Greifswald) kihasználása (2015-ben indult!) W7-X eredményektől függ a jövő DEMO nem lesz sztellarátor, de később lehet sztellarátor erőmű Heliotron fejlesztések Japánnal Kompakt sztellarátor fejlesztések USA-val 30

Összefoglalás A magfúzióból óriási energia szabadítható fel. Deutérium korlátlanul rendelkezésre áll, de a tríciumot lítiumból kell megtermelni a reaktor köpenyében. A reakció végterméke stabil izotóp, nem radioaktív ( 4 He). Lehet tehetetlenségi és mágneses összetartás. A mágneses összetartás tórusz alakú tokamakban vagy sztellarátorban történhet. A fúziós energiatermelést demonstrálták (JET, 1997). Az energiasokszorozás demonstrálására épül az ITER (~2025). Elektromos hálózatra termelő erőmű lesz a DEMO (~2050). A gazdaságosság nagyrészt a magashőmérsékletű szupravezető- és az anyagtechnológia fejlődésén múlik. 31

Kapcsolat BME NTI: Pokol Gergő, pokol@reak.bme.hu, www.reak.bme.hu/pokol Fúziós útiterv: Ajánlott irodalom http://www.efda.org/wpcms/wp-content/uploads/2013/01/jg12.356-web.pdf Magyar EURATOM Fúziós Szövetség honlapja: http://magfuzio.hu ITER: http://www.iter.org/ ITER Newsline: http://www.iter.org/newsline F4E: http://fusionforenergy.europa.eu/ EFDA: http://www.efda.org 32