Napszelidítés: Energiatermelés Szabályozott Magfúzióval?

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

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 2.

Hogyan hozzuk le a Napot a Földre?

Nemlineáris szállítószalag fúziós plazmákban

Fúziós energiatermelés

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

Bevezetés a fúziós plazmafizikába 3.

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 3.

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

Fúziós kutatások a BME Nukleáris Technikai Intézetében

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

Szabályozott magfúzió

Magyar Tudomány 2007/1. Zoletnik Sándor. kandidátus, KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet

Korszerű nukleáris energiatermelés Fúzió 1.

A fúzió jövője, az ITER jelene

Szabályozott magfúzió

Fúziós kutatások az alapoktól napjainkig

Szabályozott magfúzió

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

Szabályozott magfúzió

Tokamak és sztellarátor napjainkban

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

Fúziós energiatermelés

Janecskó Krisztián Eötvös Loránd Tudományegyetem

A FÚZIÓ JÖVŐJE, AZ ITER JELENE

Fúziós plazmafizika ma Magyarországon

9. évfolyam. Osztályozóvizsga tananyaga FIZIKA

Dr. Berta Miklós egyetemi adjunktus Széchenyi István Egyetem Fizika és Kémia Tanszék

Hogyan lesz fúziós erőművünk 2050-ben?

A magfúzió, avagy a jövő egy lehetséges új energiaforrása

FIZIKA. Sugárzunk az elégedettségtől! (Atomfizika) Dr. Seres István

Bevezetés a magfizikába

Magfizika tesztek. 1. Melyik részecske nem tartozik a nukleonok közé? a) elektron b) proton c) neutron d) egyik sem

Maghasadás, láncreakció, magfúzió

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

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

ÚTBAN A JET-TŐL AZ ITER FELÉ

Fúziós plazmafizikai kutatások Magyarországon és az Európai Unióban

Megújuló energiák szerepe a villamos hálózatok energia összetételének tisztítása érdekében Dr. Tóth László DSc - SZIE professor emeritus

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

Újpesti Bródy Imre Gimnázium és Ál tal án os Isk ola

ITER, a következő 10 év fúziós technológiai kihívása

Deutérium pelletekkel keltett zavarok mágnesesen összetartott plazmában

8. AZ ATOMMAG FIZIKÁJA

Trícium ( 3 H) A trícium ( 3 H) a hidrogén hármas tömegszámú izotópja, egy protonból és két neutronból áll.

ITER Diagnosztikák Elektromos infrastruktúrájának fejlesztése

Rádioaktív anyagok vizsgálata: sugárzás közben sokkal nagyobb energia szabadul fel, mint a hagyományos kémiai folyamatokban (pl. égés).

Indul az LHC: a kísérletek

Az atommag összetétele, radioaktivitás

Általános Kémia, BMEVESAA101 Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár. Az anyag Készítette: Dr. Csonka Gábor egyetemi tanár,

XXXV. Fizikusnapok november Energia. Előadások: november

Jegyzet. Kémia, BMEVEAAAMM1 Műszaki menedzser hallgatók számára Dr Csonka Gábor, egyetemi tanár Dr Madarász János, egyetemi docens.

FIZIKA. Atommag fizika

FIZIKA. Radioaktív sugárzás

Tantárgy neve. Környezetfizika. Meghirdetés féléve 6 Kreditpont 2 Összóraszám (elm+gyak) 2+0

Turbulencia tokamakban és tokamak körül

Az atom szerkezete. Az eltérülés ritka de nagymértékű. Thomson puding atom-modellje nem lehet helyes.

Atomfizika. Az atommag szerkezete. Radioaktivitás Biofizika, Nyitrai Miklós

A nap- és szélerőművek integrálásának kérdései Európában. Dr. habil Göőz Lajos professor emeritus egyetemi magántanár

Fúziós berendezések TBM

Radiokémia vegyész MSc radiokémia szakirány Kónya József, M. Nagy Noémi: Izotópia I és II. Debreceni Egyetemi Kiadó, 2007, 2008.

Az európai fúziós útiterv

Deutériumjég-pelletek behatolási mélységének meghatározása videódiagnosztikával

Az alternatív energiák fizikai alapjai. Horváth Ákos ELTE Atomfizikai Tanszék

Hagyományos és modern energiaforrások

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Az Országos Képzési Jegyzékről és az Országos Képzési Jegyzék módosításának eljárásrendjéről szóló 133/2010. (IV. 22.) Korm.

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (korlátok) Fókusz: a légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Elektrodinamika. Maxwell egyenletek: Kontinuitási egyenlet: div n v =0. div E =4 div B =0. rot E = rot B=

Magyar Energetikai Társaság 4. Szakmai Klubdélután

DEUTÉRIUMJÉG PELLETEK ÉS FORRÓ PLAZMA KÖLCSÖNHATÁSÁNAK VIZSGÁLATA PhD értekezés

A nagy időfelbontású kamerák következő generációja: EDICAM

Általános Kémia, BMEVESAA101

Nukleáris energiatermelés

Az atommagtól a konnektorig

Az 55/2016. (XII. 21.) NFM rendelet a megújuló energiát termelő berendezések és rendszerek műszaki követelményeiről

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal

Gyorsítók. Veszprémi Viktor ATOMKI, Debrecen. Supported by NKTH and OTKA (H07-C 74281) augusztus 17 Hungarian Teacher Program, CERN 1

Részecskefizikai gyorsítók

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

. T É M A K Ö R Ö K É S K Í S É R L E T E K

Gázok. 5-7 Kinetikus gázelmélet 5-8 Reális gázok (limitációk) Fókusz Légzsák (Air-Bag Systems) kémiája

Fizika Vetélkedő 8 oszt. 2013

KÖZÉPSZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

Tehetetlenségi összetartású, vagy mikrorobbantásos fúzió

A SZÉLENERGIA HASZNOSÍTÁS HELYZETE

Aktuális kutatási trendek a villamos energetikában

instabilitásokat megelőző prekurzor rezgések statisztikája TDK dolgozat

A biomassza rövid története:

A kvantummechanika kísérleti előzményei A részecske hullám kettősségről

NA61/SHINE: Az erősen kölcsönható anyag fázisdiagramja

Orosz atomenergia technológia a tudomány és a versenyképesség szolgálatában

Energetikai mérnökasszisztens Mérnökasszisztens

Magyarok a CMS-kísérletben

Napenergiás helyzetkép és jövőkép

Programozható vezérlő rendszerek. Elektromágneses kompatibilitás II.

Energiatermelés, erőművek, hatékonyság, károsanyag kibocsátás. Dr. Tóth László egyetemi tanár klímatanács elnök

Átírás:

: Energiatermelés Szabályozott Magfúzióval? Zoletnik Sándor KFKI-Részecske- és Magfizikai Kutatóintézet Magyar Euratom Fúziós Szövetség zoletnik@rmki.kfki.hu KFKI-RMKI Magyar Euratom Fúziós Szövetség

Miből termelünk energiát ma? Ma dominánsan fosszilis energiaforrásokat használunk: Források végesek Globális energiafelhasználás növekszik -> árak emelkednek CO 2 kibocsátás: koncentráció kétségtelenül növekszik Globális felmelegedés? A globális felmelegedés bizonyítéka! Bár nincs egyértelmű bizonyíték, egyre több jel utal arra, hogy a globális felmelegedést az emberi tevékenység okozza. 2. oldal

CO 2 mentes energiaforrások 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 -> 10x3000 kwh/fő Szélenergia: -> 30 Ft/kWh (átmeneti tárolás, fenntartás, földbérlet,...stb nélkül) 1MW csúcsteljesítmény, 10% kihasználtság 10 6 kwh/év -> 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 3. oldal

Miért kell nekünk a nukleáris energia? További alapvető stratégiai problémák a megújuló energiaforrásokkal: Időben és térben egyenetlen: Magyarországon Balatonnyi viztároló kellene csak a napi ingadozások kiegyenlítésére. 1 m 3 víz 100 m magasra: 10 6 J 1 lakos évi energiafogyasztása: 3 x10 6 Wh=10 10 J, napi 3x10 7 J Ha csak 10%-ot tárolni kell, akkor naponta 3 m 3 /fő vizet kell 100m magasra pumpálni. Balaton: 70x3 km, 2x10 8 m2 4 10 8 m 3 Az embertől független források Éppen akkor esnek ki ha megváltozik a környezet (éghajlatváltozás, vulkánkitörés,...) Nem valószínű, hogy a megújuló források valaha is pár 10%-nál többel járuljanak hozzá az energiaszükséglet fedezéséhez 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 4. oldal

Fúzió és fisszió Atommagok egy nukleonra eső kötési energiája Az atommagok kötési energiája a vas környékén a legnagyobb. Erősebb kötést lehet elérni: Nagyobb magok hasításával (fisszió) Kisebb magok egyesítésével (fúzió) A kiinduló magok és a végtermék magok kötési energiájának különbségét hasznosítjuk. 5. oldal

Fúzió A kezdetek: 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

Fúzió és plazma Az atommagok taszítják egymást csak gyorsan mozgó magokkal lehet fúziós reakciót létrehozni: Gyorsító: a megreakciókat kiválóan lehet vizsgálni Termikus mozgás: 100 millió C 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 7. oldal

Összetartás vagy robbanásszerű reakció? Lawson kritérium: nτ E > 10 20 m -3 s Mágneses plazmaösszetartás: - Larmor mozgás a tér mentén - Diffúzió az ütközések miatt a térre merőlegesen. Tehetetlenségi összetartás: τ E =r/c s, kompresszió kell Az amerikai NIF kísérlet 8. 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 mágneses teret 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 9. oldal

Fúziós égés A fúzióban keletkező He atommagokat a mágneses tér csapdába ejti és fűtik a plazmát: fúziós égés A plazma hőmérsékletének emelésével a veszteségek mindig nőnek, a fúziós teljesítménynek maximuma van: Ha elég kicsik a veszteségek, akkor magától stabil pontba áll be a plazma Ha nagyok a veszteségek, nincs önfenntartó reakció. Nem lehetséges megszaladás. 10. 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 11. oldal

Európai fúziós reaktor tanulmány Tanulmány az első generációs kereskedelmi fúziós reaktorok megvalósításáról: Power Plant Conceptual Study 4 megoldást tanulmányoztak: A-C: Standard technológia különböző hűtési és trícium szaporítási opciókkal D: SiC szerkezeti anyagok A becsült Cost Of Electricity (coe) költségek a 3-9 c/kw tartományba esnek -> versenyképes lehet hosszútávon A költség 65-75%-a beruházási költség -> technológiai fejlődés valószínűleg csökkenti 12. oldal

Létező mágneses fúziós berendezések 13. oldal

Fúziós technológiák: vákuum, mágneses tér Vákuum: A plazma igen ritka, kb. 1/100000 légköri sűrűségű ezért vákuumrendszer 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 14. oldal

Fúziós technológiák: plazma-fal kölcsönhatás 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 15. 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 16. 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 17. 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 8 K hőmérsékletű plazmában mérni. Speciális mérési eljárások kellenek: plazmadiagnosztika Ehhez szinte az egész fizika eszköztárát használjuk: 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 18. oldal

Hol tartunk ma? A berendezésekben elért plazmaparaméterek megközelítik a reaktortartományt. Az elméleti alapokat úgy tűnik értjük A kísérleteket tudjuk extrapolálni 19. oldal

A következő lépés Amit a mai berendezések nem tudnak: Alfa részecse fűtés Q>1 energiamérleg Trícium termelés Li-ból (tritium breeder) A reaktorig 1 közbenső lépés kell: I T E R (International Thermonuclear Experimental Reactor) EU-Japán-Orosz-USA-Kína-Korea-India projekt Mérnöki tervek készen vannak Legalább Q=10 Tritium breeder, reaktor divertor,reaktor sugárterhelés kb. 4 10 9 EUR, 8 év építés Bár a fizikában még évtizedekig sok tennivaló lesz, az ITER építésében alapvető a technológia Az ITER kulcsalkatrészeit megépítették és tesztelték: mágnes, divertor alkatrészek 20. oldal

ITER Kriosztát Szupravezető mágnes Divertor Ember 21. oldal

A jövő Az ITER kísérlet helyszíne eldőlt: Cadarache, Franciaország A jövő: 2005-7 : Feladat elosztás, engedélyezés 2007-2008: Építés megkezdése 2016 : Első plazma 2016-2021: D plazmák, paramétertartomány feltérképezése 2022-2027: D-T működés, reaktor paraméter tartomány teszt 2025- DEMO tervezés 2030-2035: DEMO építés 2035: DEMO: az első áramtermelő reaktor(ok)