Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV1/33 Fúziós plazmareaktorok és a TCV Márki János 2009. Február 11, CRPP Lausanne.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV1/33 Fúziós plazmareaktorok és a TCV Márki János 2009. Február 11, CRPP Lausanne."— Előadás másolata:

1 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV1/33 Fúziós plazmareaktorok és a TCV Márki János Február 11, CRPP Lausanne

2 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV2/33 A Világ energiaigénye 1990: 366 EJ (1 EJ = 10^18 J) 2005: 487 EJ 2030: 732 EJ Jelenleg 85% fosszilis erőforrásokból Az utóbbi 30 évben ezek aránya nőtt a leggyorsabban CO 2 kibocsájtás → globális felmelegedés és készletek kimerülése (pl. Olajcsúcs-elmélet) Global warming is finally proven

3 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV3/33 Megoldási lehetőségek Fosszilis erőművek CO 2 befogással: műanyagok és gyógyszeripar alapanyag Megújuló energiák: –Nap-, Szél-, Vízenergia: nagy potenciál, nem folyamatos forrás (energiatárolás szükséges) –Biomassza és bioüzemanyagok (kis energiasűrűség, verseny a mezőgazdasági termeléssel) Nukleáris: –Fisszió: Üzemanyagkészlet véges (proliferáció, üzemi balesetek, hulladéktárolás) –Fúzió?

4 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV4/33 Reakcióhő - nagyságrendek A nem-megújuló energiaforrások anyagátalakulás révén termelnek energiát: Kémiai reakciók (elektronhéj): <1 eV/atom → kg/személy/év Nukleáris reakciók (atommag): > 1 MeV/atom → 1 g/személy/év Nehéz atomoktól könnyebbek felé → fisszió Könnyű atomoktól nehezebbek felé → fúzió A kötési energia- különbözet kinyerhető!

5 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV5/33 A fúzió alapjai Fisszió vs. Fúzió (e2_22) Coulomb-erők legyőzése (eqt 24) Termikus közeg ~100 millió ˚C (nap felszíne 6000 ˚C, magja 15 millió ˚C): Plazma halmazállapot Hőmérséklet egység: 1 keV = k B *11600 K

6 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV6/33 A fúzió alapjai Reakciók: D-D, D-T, T-T, He 3 -He 3, D-He 3, stb. D + T He(3.5 MeV) + n(14MeV) Li + n He + T Lawson-féle hármasszorzat: P v =E tot / τ E Legkönnyebben megvalósítható:

7 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV7/33 A fúzió alapjai Előnyök: –óriási energiasűrűség (csak anyag-antianyag reakcióból szabadul fel fajlagosan több) –kb. 500 liter vízből és 30 g lítiumból egy európai ember életének energiaigénye lefedhető lenne –stabil reakciótermék (He) –Nincs láncreakció Nehézségek: – 100 millió fokos közeget nehéz tárolni (főleg számottevő gravitáció nélkül)...

8 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV8/33 Mágneses plazmaösszetartás: - Larmor mozgás a tér mentén - Hosszú ideig marad egyben A Lawson-kritérium ( ) teljesítéséhez két megközelítés: Tehetetlenségi összetartás: -  E =r/c s - Nagy sűrűségre lehet összenyomni A fúzió alapjai

9 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV9/33 1.A görbületi és a grad B-drift szétválasztja az ionokat és az elektronokat 2.Az ExB drift széthúzza kifelé a plazmagyűrűt Toroidális geometria -> Driftek ExB Larmor-mozgás: Toroidális geometria (eqt 34) Grad B

10 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV10/33 Mágneses plazmaösszetartás Tokamak : a plazmában transzformátorral hajtott áram tekeri a mágneses teret helikális formájúra Sztellarátor : bonyolult formájú tekercsek a megfelelő teret hozzák létre

11 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV11/33 A tokamak konfiguráció Tokamak konfiguráció (eqt 35) Fúziós reaktor működése (e3_31)

12 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV12/33 Elszökő hő → Divertor Mágneses tér összetartása nem tökéletes, előbb-utóbb kifelé haladva elérnek egy olyan felületet, ami nem önmagába záródik – villámgyors falba csapódás τ ║ << τ ┴

13 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV13/33 Hol tartunk most? JET R = 2.96 m t = 20 s P = 30 MW B = 3.45 T Q = 0.62 TCV R = 0.88 m t = 2 s B = 1.43 T P = 5 MW Q kicsi

14 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV14/33 Amit a mai berendezések nem tudnak: Alfa részecske fűtés Q>1 energiamérleg Trícium termelés Li-ból Egy kutatóreaktor, ami a döntő lépés lenne egy működő, energiatermelő reaktor felé: I T E R (International Thermonuclear Experimental Reactor) Résztvevők: EU, Japán, Oroszo., USA, Kína, Dél- Korea, India Mérnöki tervek készen vannak Legalább Q=10 Trícium-fejlesztés teszt, reaktor divertor,reaktor sugárterhelés kb. 10* 10 9 EUR, 10 év építés Start: 2017 Az ITER kulcsalkatrészeit megépítették és tesztelték: mágnes, divertor alkatrészek ITER (”az út”)

15 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV15/33 ITER Divertor Kriosztát Ember Szupravezető mágnes Fusion Power : 500 MW Q Value : >10 Major Radius : 6.2 m Minor Radius : 2.0 m Plasma Current : 15 MA Magnetic Field Maximum : 11.8 T Plasma Center: 5.3 T

16 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV16/33 Kihívások (ITER) Óriási hőterhelés a divertorban (és a vákuumkamrában amúgy is): 10 MW/m2 állandó, 100 MW/m2 baleseti hőfluxus Trícium-szennyezettség: robotok végzik a karbantartást Tricium lerakódás a grafitban (co-deposition) Felaktiválódás (EUROFER) az erős 14 MeV-es neutronfluxustól

17 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV17/33 Megtérülési mutatók A legújabb átfogó tanulmány: EFDA Power Plant Conceptual Study, koncepció: A-C: ”Standard” felépítés különböző hűtési eljárásokkal D: SiC szerkezeti anyagok Cost Of Electricity (coe) 3-9 c/kW -> más energiahordozókkal összevethető 65-75% a költségnek a tőkeberuházás - > a technológiai fejlődés csökkenteni fogja

18 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV18/33 TCV ( Tokamak à Configuration Variable ) Fő erősség: szabadon változtatható plazmaalak ECRH: elektron-ciklotron fűtés (legnagyobb fajlagos teljesítmény itt van, ITER girotron tesztelés – 2MW) Plazmavezérlés (több diagnosztika jeleinek feldolgozásával megvalósított valós-idejű digitális irányítás) Mágneses rendszerek

19 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV19/33 Tipikus kísérlet (TCV) A toroidális kamrában állandóan nagyvákuum van (~ mBar) Mágneses tér felépül a lendkeres generátorról Gáz (semleges) beengedése egy szabályozott szelepen keresztül Transzformátor létrehoz egy elektromos teret, a létrejövő Townsend-lavina ionizálja a kamrában levő gáz nagy részét Az ionizált gázt (a plazmát) a mágneses terek bezárják a kamra közepén, a szabályozórendszer a megfelelő formájú teret kialakítva végigviszi a kisülést, majd a végén a belső falnak támasztva ismét kialszik Mágneses tér leépül Vákuumpumpa kiszívja a maradék gázt + glimm kisülés

20 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV20/33 Tipikus TCV lövés (shot)

21 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV21/33 Lendkerekes generátor m = 140 tonna f = 3600 rpm – 2700 rpm P max = 100 MW E = 138 MJ

22 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV22/33 Fűtés, Áramhajtás A fő fűtési mechanizmus az Ohmikus fűtés: P = U*I = R * I 2 Fő probléma: R↓ ahogy T↑, egy forró plazma vezetőképessége meghaladja az aranyét! Kiegészítő fűtésre van szükség! Transzformátor inherensen impulzus- üzemű -> Áramhajtáshoz is kell folyama- tos üzemmódban működő egyéb eszköz

23 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV23/33 Áram: Induktív áramgerjesztés (csak impulzus <10 sec) Mikrohullámú áramhajtás (1 GHz-100 GHz, 1MW) Fűtés: Ohmikus fűtés (kevés a fúzióhoz) Semleges részecske (NBI) Ion-ciklotron frekvencia (30 MHz) Elektron-ciklotron frekvencia (100GHz) Teljesítmények: MW/blokk Fűtés, Áramhajtás ICRH- antenna NBI- nyaláb ECRH- belövő

24 Diagnosztikák A JET tokamak diagnosztikai rendszerei A legtöbb paramétert (n e, n i, T e, T i, I p, Z eff, E, …) a modern berendezéseken ma már meg tudjuk mérni, de ehhez ~100 ember koordinált munkájára van szükség Elektromágneses hullámok (1 Hz-100 keV) Egyszerű hurkok, elektromos szondák Spektroszkópia, lézerek Semleges nyaláb szondák: energiák: termális - MeV Részecske analizátorok Nagyjából a fizika teljes eszköztára felhasználásra kerül:

25 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV25/33 Diagnosztikák Thomson-szórás: T e, n e Lézernyaláb (50 Hz) megvilágítja a plazmát Az útjába eső elektronok izotróp módon szórják a fényt Szűk látószögű optikai kábelekkel nézve lokális mérést ad Intenzitás -> n e Doppler-kiszélesedés -> T e

26 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV26/33 Diagnosztikák DNBI (diagnostic neutral beam injection) A gerjesztést egy semleges nyaláb végzi Töltéscsere (CX) után a plazmában levő szénionok meghatározott hullámhosszú fotonokat bocsájtanak ki (Doppler- shift révén plazmaforgás, kiszélesedésből T i )

27 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV27/33 Diagnosztikák Tomográfia Különböző hullámhosszú sugárzásokat több különböző látószögből felvesszük, majd számítógépes algoritmussal a mérések alapján az eredeti sugárzási mintázatot visszafejtjük (MPX, BOLO, XTOMO, AXUV, Hard-X) Hasonló eljárás, mint a CT, PET és MRI esetén, csak sokkal nagyobb a diagnosztizált térfogat BOLO kamerák BOLO tomográfia

28 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV28/33 Tomográfia - orvostudomány

29 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV29/33 ELMek Legjobb plazmaösszetartás: ún. H- mód konfigurációban Az ugyanakkora mágneses térben létrehozható nagyobb plazmanyomás ára: Edge Localised Mode (ELM) ELM: kvázi-periódius jelenség, amely akár 15% E plasma –t is kivetheti Ezek az események extrém hőterhelést okozhatnak a divertoroknál és a vákuumkamra falán, megrövidítve a berendezés élettartamát

30 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV30/33 TCV vacuum vessel Camera FOV Mérési elrendezés Relay optics (7 Si lenses) Detector typeCMT FPA size256 x 256 Spectral range μm Frame rate880 Hz Subframe mode25 16 x 8 Integration time1 μs -2 ms IR fotonfluxus mérése  digitális jel Feketetest kalibráció alkalmazása  látszólagos hőmérséklet  megbecslése  igazi felszíni hőmérséklet A hőmérséklet térbeli és időbeli változásából + a lerakódott réteg egyszerű modellje  hőfluxus P IR (THEODOR 2D kód = a hővezetési egyenlet inverz megoldása)

31 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV31/33 Fúzió Magyarországon Oktatás Mérnök-fizikus szak BME, fizikus szak ELTE speciális előadások: –Bevezetés a fúziós plazmafizikába –Bevezetés az elméleti plazmafizikába –Fúziós berendezések –Plazmadiagnosztika SUMTRAIC – Kísérleti plazmafizikai nyári iskola (Prága, Budapest,...) Részvétel európai fúziós kísérletekben –ASDEX Upgrade (München) –TEXTOR (Jülich) –JET, MAST (Oxford) –CASTOR -> COMPASS (Prága) –W7-X (Greifswald)

32 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV32/33 Fúzió Magyarországon Különböző kutatási témák (RMKI-KFKI): Li – nyaláb diagnosztika fejlesztése, turbulencia mérése (JET,TEXTOR) Zonális áramlások vizsgálata (CASTOR) ELM dinamika (ASDEX?) Gyors gázbelövő tervezése és gyártásának koordinálása, diszrupciók és szennyezőtranszport vizsgálata (TCV) Pellet-transzport modellezése BES diagnosztika (JET, COMPASS) Különböző mérnöki előkészítő feladatok az ITER- hez és a DEMO-hoz

33 2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV33/33 Köszönöm a figyelmet!


Letölteni ppt "2009. Február 11. Márki János: Fúziós plazmareaktorok és a TCV1/33 Fúziós plazmareaktorok és a TCV Márki János 2009. Február 11, CRPP Lausanne."

Hasonló előadás


Google Hirdetések