Skocz do zawartości

Greisfwald - przeszłość i przyszłość energetyki jądrowej


rybi

Rekomendowane odpowiedzi

A teraz c.d. o przyszłości energetyki jądrowej, czyli elektrowniach termojądrowych ... :)
 
Krąży dowcip, że komercyjne elektrownie termojądrowe zostaną uruchomione w perspektywie 20-30 lat (... i zawsze tak będzie!). Jednak po tym co zobaczyłem i dowiedziałem się w Greifswaldzie (i nie tylko tam ...) sądzę, że  realne jest uruchomienie komercyjnych elektrowni termojądrowych do roku 2050. Jest to "tylko" kwestia determinacji i pieniędzy :) Właściwości plazmy, w której zachodzi samo-podtrzymująca się synteza deuteru i trytu są znane.
Poza tym plazma traci energię proporcjonalnie do jej pola powierzchni, ale ją generuje (reakcje syntezy termojądrowej) proporcjonalnie do objętości plazmy. Szacuje się, że przy objętości plazmy rzędu 800-900 m3 powinien już być znaczny zysk energetyczny (=stosunek ilość energii uzyskanej do włożonej). Zysk energetyczny rzędu 10 powinno się uzyskać w budowanym we Francji tokamaku ITER. Komercyjne elektrownie termojądrowe powinny mieć zysk energetryczny rzędu 20-50. Ale sposób więzienia plazmy za pomocą pól magnetycznych w elektrowniach termojądrowych pozostaje narazie sprawą otwarta (tokamak, stallarator, tokamak lub stellarator?).
 
Można policzyć, że alternatywą dla elektrowni węglowej o mocy 1000MW, która spala 3 mln ton węgla rocznie (+ 11 mln CO2 i innych zanieczyszczeń) jest elektrownia termojądrowa, która potrzebuje ok 250 kg mieszaniny deuteru i trytu (+ praktycznie zero promieniotwórczości i zanieczyszczeń). Tryt wytwarza się  w cyklu zamkniętym z bombardowania szybkimi neutronami atomów litu (lit jest zawarty w obudowie wewnętrznej komory plazmowej, tzw. blanket).
Prawdopodobna_przyszlosc_fuzji_tj.thumb.png.1fe8bc8d35b0b6837f17cd6778db9eda.png
 

W Greisfwaldzie znajduje się Instytut Fizyki Plazmy (Max Planck Institute for Plasma Physics - w skrócie IPP). Drugi kompleks budynków IPP znajduje się w Garching pod Monachium. Tutaj prowadzi się badania na sposobem wytworzenia plazmy zdolnej do syntezy termojądrowej deuteru i trytu w eksperymentalnym stellaratorze Wendelstein 7-X.
Kompleks IPP w Greisfwaldzie zwiedziliśmy po południu 9 stycznia 2016r.
UWAGA! Tekst ilustrowałem zdjęciami własnymi (RB_...) oraz Qbanosa (JR_...) i Admirala (MPA_...).
RB_IMG_8296.thumb.JPG.edb1a4ae794dec5bf87dd7ab21777ae3.JPG
 
RB_IMG_8292.thumb.JPG.7d75eba1627e7ee80fdcb0f47e04f3a3.JPG
 
RB_IMG_8290.thumb.JPG.219012b7e8813b0501859470658a22f0.JPG
 
RB_IMG_8203.thumb.JPG.3ac3517f4890f484034512970a30f9f4.JPG
 
 
Wysłuchaliśmy bardzo ciekawy wykład dr Marcina Jakubowskiego pt. ?Wendelstein 7-X. Synteza termojądrowa źródłem energii na Ziemi?.
MPA_1904.thumb.JPG.a63029a8298ce5cdd5790dac09db2d0c.JPG
 
MPA_1902.thumb.JPG.798349ee8ee101479ed33e493315f4cc.JPG
 
RB_IMG_8205.thumb.JPG.3c835031e952fa838ff77e11027d802a.JPG
 
I pobraliśmy materiały o IPP
 
RB_IMG_8215.thumb.JPG.e617163ce2a2b08a71bb2ddd20f74238.JPG
 
Ruszamy na zwiedzanie
 
RB_IMG_8220.thumb.JPG.69df2358eefb4f171aefc29faeb33190.JPG
 
Kaski włóż i rozpoczyna się zwiedzanie ...
RB_IMG_8222.thumb.JPG.c365904ed80e2c38bfd1f5a1c76c2e37.JPG
 
 
 
Przy wejściu głównym IPP stoi jako eksponat jeden z historycznych stellaratorów o średnicy około 2-metrów.
 
RB_IMG_8229.thumb.JPG.617faf3d5ad1d0bd0151b23c0b9eac4d.JPG
 
RB_IMG_8231.thumb.JPG.40afd581050a93b941944c26ccc28a3d.JPG
 
 
W IPP w Greifswaldzie bardzo eksponowane są profilowane w 3-D cewki, które generują skręcone pole magnetyczne (jest ich 50 w W 7-X). Nie bez przyczyny ...
Komputery policzyły takie kształt cewek, aby zapewnić optymalne kształt pola magnetycznego. Jednak przez problemy z wykonaniem tych cewek projekt W 7-X opóźnił się o kilka lat, a włoska firma, która jako pierwsza je robiła - splajtowała.
Każda z tych skręconych cewek ma wysokość ~3,5 m zawiera ~1 km nawiniętego kabla nadprzewodzącego i waży około 6 ton). Są tak dopasowane, aby po schłodzeniu do temperatury 3-4°K posiadały oczekiwany kształt z dokładnością do 2mm. Oczekiwana topologia pola magnetycznego jest zachowana z dokładnością 1/100000 (więcej o tym np. http://www.nature.com/articles/ncomms13493).
Cewki muszą być solidnie przykręcone ponieważ podczas normalnej pracy działają na siebie siłami rzędu 70 ton.
Np. taki wybrakowany egzemplarz skręconej cewki stellaratora W 7-X stoi przed wejściem do IPP w Greifswaldzie. Na poniższej fotce najlepiej widać to "skręcenie":
RB_IMG_8294.thumb.JPG.7ecb4af6454a0b22b93cd4ccd2eb37d5.JPG
 
RB_IMG_8201.thumb.JPG.99ed498e89c455e2091b1b0bdfe6ddc1.JPG
 
RB_IMG_8235.thumb.JPG.a2c331f7d1ed5d9cfa280bf83b91d81e.JPG
 
JR_IMG_4716.thumb.JPG.219da23d05c548fa8b908fbf042ef11c.JPG
 
 
W kablu nadprzewodzącym schłodzonym do temperatury 3-4K podczas ostatnich eksperymentów W 7-X płynie prąd o natężeniu 12-13 tysięcy amperów, który wytwarza pole magnetyczne o natężeniu  ok. 2,5 Tesli. Bardzo interesująca jest konstrukcja kabla nadprzewodzącego, który składa się z wiązek drutu niobowo-tytanowego (nadprzewodnik w temperaturze ciekłego helu) oraz druku miedzianego. Ten ostatni jest po to, gdyby nagle kabel stracił właściwości nadprzewodzące to cały prąd płynie przez kabel miedziany i tylko przepala potężne bezpieczniki. No poniższym zdjęciach oprócz fragmentu stellaratora widać rozpleciony kabel nadprzewodzący.
MPA_1913.thumb.JPG.56b3e725ce8231cd3a50638b078e5703.JPGJR_IMG_4692.thumb.JPG.338e5e8bf055ac0bfce510048f2ba565.JPG
 
 
RB_IMG_8245.thumb.JPG.0546a460e60b71d352732435dcd79935.JPG
RB_IMG_8246.thumb.JPG.3ed61d6865836454c485837e01691e57.JPG
 
 
Plazma jest bardzo precyzyjnie nagrzewana mikrofalami o częstotliwości 140 GHz za pomocą ECRH (ang. Electron Cyclotron Resonance Heating). Jest to częstotliwość rezonansowa, która odpowiada częstotliwości cyklotronowej elektronów poruszających się wzdłuż linii pola magnetycznego o natężeniu 2,5 Tesli.
Mikrofale o mocy 1 MW są generowane w girotronie, z którego wychodzą przez aperturę 88mm, wykonaną z syntetycznego diamentu (dobrze, że to syntetyk, bo naturalny diament to by pewnie kosztował pokaźny % W 7-X?) - szczegóły poniżej.
RB_IMG_8280.thumb.JPG.966f805b5c4eee77237b51702fa123cb.JPG
 
Strumień mikrofal o mocy 1MW jest odbijany (2x?) od "zwierciadełek" takich jak poniżej zanim trafi do komory plazmowej i podgrzeje elektrony.
"Zwierciadełko" jest specjalnie robione pod częstotliwość mikrofal i chłodzone wodą
MPA_1955.thumb.JPG.1ed880678f4b23a5ddc0b6a7e66838d0.JPG
 
 
Zdjęcie wycieczki z wartym 370 mln euro stellaratorem Wendelstein 7-X (... kto tyle da? :)) )JR_IMG_4701.thumb.JPG.04100a58328ddf83f21912d0184cdb3d.JPG
 
 
I trochę zdjęć z wnętrza ...
JR_IMG_4697.thumb.JPG.1ccf8d7d8f00804184eb87c236e47e2b.JPG
 
Ach te komputerowe lampki ...
RB_IMG_8271.thumb.JPG.2d3a7256294a0def6523f50532429a8a.JPG
 
MPA_1943.thumb.JPG.b12a0dbc0ecdaf8a474c5d5de78096a9.JPG
 
 
Stellarator jest zamknięty hali ze ścianami o grubości ok. 1,8m. Ściany są wykonane z betonu z dodatkiem boru, aby spełnić normy dotyczące promieniotwórczości - muszą pochłaniać szybkie neutrony o energiach ok. 13 MeV i promieniowanie gamma.
Nawet drzwi, które są zamykane na czas eksperymentów posiadają grubość 1,8m ...
JR_IMG_4703.thumb.JPG.2f9befd46946e2ef1cf69f874828e51b.JPG

Na drzwiach o grubości 1,8m są przymocowano logo firm, które go budowały.
JR_IMG_4713.thumb.JPG.1ead9dec28d541da54007c9c7a09241c.JPG
Gdy już opuszczaliśmy IPP to zmierzchało.
RB_IMG_8285.thumb.JPG.ebbde3a79e9475a80310d698e618cd88.JPG

Przed wyjazdem przez godzinę pospacerowaliśmy się po pięknej starówce w Greifswaldzie, niezniszczonej podczas II Wojny Światowej.
RB_IMG_8309.thumb.JPG.07deb2d97b02a60717040ca1da5ea248.JPG
 
 

TOKAMAK vs STELLARATOR
Wygląda na to, że w przyszłych elektrowniach termojądrowych pole magnetyczne o natężeniu kilku Tesli generowane w reaktorach typu tokamak lub/i stellarator będzie więziło plazmę deuterowo-trytowa o parametrach odpowiednich do reakcji termojądrowych.
 
Tokamak / stellarator : cel ten sam, ale inna koncepcja projektowa,
 
Główna idea stellaratora:
tak zmieniać pole magnetyczne, aby znieść wpływ sił na zjonizowane cząstki krążące w torusie. W plaźmie generowanej w stellaratorze praktycznie nie płynie prąd.
 
Główna idea tokamaka:
urządzenie dostarcza wymagany kształt pola magnetycznego, nie przez modyfikacje tego pola magnetycznego, ale przez sterowanie prądem indukowanym w samej plaźmie. W plaźmie płyną prądy o natężeniu milionów amperów, które w niesprzyjających okolicznościach nawet mogą zniszczyć reaktor. Tokamak jest urządzeniem impulsowym opartym na zasadzie transformatora - centralna cewka indukcyjna indukuje prąd płynący w plazmie (a następnie ten prąd generuje składową poloidalną pola magnetycznego). Gdzieś czytałem, że jednak z dodatkowym b. kosztowym wspomaganiem ITER będzie mógł podtrzymać w sesjach 1000-sekundowych plazmę zdolną do reakcji termojądrowych.
Na poniżej fotce ze ścian IPP na samym dole widać składowe pola magnetycznego (toroidalna + poloidalna) generowane przez tokamak i stellarator.
RB_IMG_8237.thumb.JPG.e6e1f8e389994e9b7daf5d1054a8e970.JPG
 
 
20151024_STC989_595.png.afbe08f9de4fd74ed548562c29951854.png
 
 
 
 
 

STELLARATOR WENDELSTEIN 7-X
W latach 60-tych XX wieku stellaratory budowano metodą prób i błędów. Znalezienie optymalnego kształtu pola magnetycznego było możliwe tylko z pomocą superkomputerów. Prace projektowe nad stellaratorem Wendelstein 7-X ruszyły w 1994 roku, a optymalny kształt pola magnetycznego do utrzymywania plazmy oraz kształt 50 skręconych cewek uzyskano w wyniku modelowania komputerowego. Aby zapewnić dodatkowe możliwości w stellaratorze zainstalowano 20 płaskich cewek.
Celem eksperymentalnego stellaratora Wendelstein 7-X jest pokazanie około roku 2021, że po raz pierwszy stellarator jest w stanie utrzymać plazmę o takiej jakości jak w tokamakach w sposób ciągły przez długi czas rzędu 30 minut.
 
z2Kte3V.gif.5f8cbc8d0cf3a69332036e8de9a90119.gif
 

Informacje ogólne na temat stellaratora Wendelstein 7-X
-) największy na świecie,
-) dotychczasowe koszty ? 1 miliard euro (z infrastrukturą - sam W 7-X kosztował około 370 mln euro)- w tym 80% Niemcy, 20% EU, Polska parę mln euro (15 razy tańszy niż budowany tokamak ITER!)
-) robocizna 1 milion r/g,
-) budowany w latach 2005-2014 (projekt 1994 r.),
-) pierwsza plazma uzyskana w 10 grudnia 2015r. (1 mln K przez ok. 0,1 sek),
-) w 2016 roku - seria eksperymentów z plazmą o temp. 80 mln K utrzymywanej przez ? sek.
-) około roku 2021 ? utrzymywanie plazmy deuterowo-trytowej zdolnej do fuzji przez ok. 30 minut.
 
Stellarator Wendelstein 7-X ? parametry:
-) Wielkość urządzenia - średnica 16m, wysokość 5m;
-) Masa - 725t
-) Max.promień plazmy - 5,5m(średnia wartość);
-) Min.promień plazmy - 0,53m (średnia wartość);
-) Natężenie pola magnet. - 3 Tesle
-) Ciągła praca przez 30 minut przy ogrzewaniu mikrofalami
 
Stellarator Wendelstein 7-X - parametry plazmy
-) skład chemiczny - wodór, deuter;
-) objętość - 30 m3;
-) waga - 0,005 do 0,03 grama;
-) Ogrzewanie plazmy - 15 megawatów
-) Temperatura plazmy - do 100 milionów K
-) Gęstość plazmy - do 3 x10^^20 cząstek/m3
 
I na koniec trochę ciekawych materiałów filmowych na temat stellaratora Wendelstein 7-X:
-) 3 lutego 2016r. - sprawozdanie filmowe w j. angielskim z oficjlnej uroczystości, gdy kanclerz RFN dr Angela Merkel zainicjowała pierwsze wytworzenie plazmy wodorowej (polecam nagranie od ok. 40 minuty, gdy ruszyła procedura generowania plazmy).
BTW. A.Merkel zanim podbiła świat polityki światowej zdążyła zrobić doktorat z chemii kwantowej.
http://www.ipp.mpg.de/livestream_e_16
https://youtu.be/fjnILeK99oQ?t=2360
-) 15 grudnia 2015r. kilkuminutowe sprawozdanie z pierwszego generowania plazmy helowej
https://youtu.be/R_kPM1J-F0Q
-) Timelapse 3-minutowe jak stallarator był składany w latach 2005-2014
http://www.ipp.mpg.de/1727365/zeitraffer_w7x
https://youtu.be/MJpSrqitSMQ
-) Wendelstein 7-X - from concept to reality
https://youtu.be/lyqt6u5_sHA
 
 
 
 
 
  • Like 4

EQ3_2 z napędem w RA + Cannon 400D + obiektywy 300/200/85mm 

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Oby udało się wdrożyć tą technologię jak najszybciej. Światowy problem energetyczny byłby rozwiązany.

 

Dodatkowo wyeliminowalibyśmy smog:P

Tu była kiedyś jakaś stopka, ale nie nadążała za zmianami sprzętowymi...

------------------------------------------------------------------------------------------------------

Pogodnego nieba życzę!

Odnośnik do komentarza
Udostępnij na innych stronach

Dołącz do dyskusji

Możesz dodać zawartość już teraz a zarejestrować się później. Jeśli posiadasz już konto, zaloguj się aby dodać zawartość za jego pomocą.

Gość
Dodaj odpowiedź do tematu...

×   Wklejono zawartość z formatowaniem.   Usuń formatowanie

  Dozwolonych jest tylko 75 emoji.

×   Odnośnik został automatycznie osadzony.   Przywróć wyświetlanie jako odnośnik

×   Przywrócono poprzednią zawartość.   Wyczyść edytor

×   Nie możesz bezpośrednio wkleić obrazków. Dodaj lub załącz obrazki z adresu URL.

  • Ostatnio przeglądający   0 użytkowników

    • Brak zarejestrowanych użytkowników przeglądających tę stronę.
×
×
  • Dodaj nową pozycję...

Powiadomienie o plikach cookie

Umieściliśmy na Twoim urządzeniu pliki cookie, aby pomóc Ci usprawnić przeglądanie strony. Możesz dostosować ustawienia plików cookie, w przeciwnym wypadku zakładamy, że wyrażasz na to zgodę.

© Robert Twarogal * forumastronomiczne.pl * (2010-2023)