Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT! Önök Berta Miklós: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei előadását hallhatják! 2010. március 10.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT! Önök Berta Miklós: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei előadását hallhatják! 2010. március 10."— Előadás másolata:

1 KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT! Önök Berta Miklós: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei előadását hallhatják! március 10.

2 Csillag a Földön A fúziós energiatermelés érdekességei március 10. 2Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Nukleáris energiatermelés alapjai Az atommagok felépítése és energiája A fúziós energiatermelés alapötlete Elektromos taszítás – termikus fúzió Fúzió a csillagokban Fúzió földi körülmények között Mágneses összetartás és TOKAMAK Fúziós reaktor – ITER Fúziós kutatások a Széchenyi István Egyetemen

3 Nukleáris energiatermelés alapjai Energiamegmaradás – törvénye: Bármilyen gép, mely energiát ad le, valaminek csökkenti az energiáját! vízerőmű: a lezúduló víznek lesz kisebb az energiája vízerőmű: a lezúduló víznek lesz kisebb az energiája szélerőmű: a szél egy kicsit lassul szélerőmű: a szél egy kicsit lassul szén- és olaj erőművek: kémiai kötések alakulnak ki, a végtermék alacsonyabb energiájú szén- és olaj erőművek: kémiai kötések alakulnak ki, a végtermék alacsonyabb energiájú Energiatermelés atommagokkal: Alacsonyabb energiájú állapotba kell hozni az atommagokat! március 10. 3Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

4 Az atommagok felépítése Atommagok alkotóelemei: A db nukleon Z db proton Z db proton A – Z db neutron A – Z db neutron Az atommagban ható erők: Elektromos kölcsönhatás: a protonok taszítják egymást – mindegyik mindegyiket! Erős kölcsönhatás: a nukleonok vonzzák egymást – csak a közelieket! Nehéz pontos képet alkotni, mert az elemi részek – a kvantummechanika szerint - hullámtermészettel is rendelkeznek március 10. 4Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

5 Atommagok energiája A nukleonok közti erők hatása a mag energiájára: A protonok taszítása növeli a mag energiáját (lazítja a mag szerkezetét) A közeli részek vonzása csökkenti az energiát (tömöríti a magot) Következmény: Ahogy nő a nukleonok száma, úgy az elektromos taszítás egyre erősebb lesz a vonzó erős kölcsönhatás csak a közeli nukleonok közt hat, ezért egy méret után ennek hatása nem erősödik. a vonzó erős kölcsönhatás csak a közeli nukleonok közt hat, ezért egy méret után ennek hatása nem erősödik március 10. 5Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Kis magokat növelve csökken a nukleonok átlag – energiája, nagyoknál pedig nő. Egész nagy magok pedig nem is létezhetnek.

6 Az atommagok energiája A (stabil) magok energiája a mérések alapján március 10. 6Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei A magok „igyekeznek” a minimális energiájú állapotot felvenni, mint ahogy egy gödörbe tett labda annak alján áll meg.

7 Fúziós energiatermelés ötlete Könnyű atommagok egyesítésével csökken a nukleonok átlagos energiája! Nehézség: Az atommagokat az elektromos taszítás nem engedi egymás közelébe. Nehéz két magot olyan közelségbe hozni, hogy az erős kölcsön- hatás hatni kezdjen köztük! március 10. 7Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

8 Elektromos taszítás – termikus fúzió Kezdeti elektromos taszítás lassítja a részecskéket. Kezdeti elektromos taszítás lassítja a részecskéket. Ha a részecskék relatív sebessége elég nagy, akkor a nukleáris kölcsönhatás ható- sugarán belülre kerülnek. Ha a részecskék relatív sebessége elég nagy, akkor a nukleáris kölcsönhatás ható- sugarán belülre kerülnek. A hatalmas intenzitású, de rövid hatósugarú nukleáris kölcsönhatás következtében megtörténik a fúzió! A hatalmas intenzitású, de rövid hatósugarú nukleáris kölcsönhatás következtében megtörténik a fúzió! Energia szabadul fel! március 10. 8Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

9 Hogyan győzhetik le a magok egymás taszítását? Kézenfekvő megoldás: magas hőmérsékleten gyorsan röpködnek és így közel kerülhetnek egymáshoz. (Termikus fúzió) március 10. 9Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Magok találkozása kis sebességgel Magok találkozása nagy sebességgel

10 Szerencse: Szerencse: A nukleonok hullámtermészete miatt ha már elég közel vannak, bizonyos valószínűséggel mégiscsak kialakul a kötés. (Alagút-effektus.) A nukleonok hullámtermészete miatt ha már elég közel vannak, bizonyos valószínűséggel mégiscsak kialakul a kötés. (Alagút-effektus.) Pár tízmillió K is elegendő! Pár tízmillió K is elegendő! március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Nehézség: Több mint 100 millió K kell ahhoz, hogy elég közel kerülhessenek!

11 Néhány lehetséges fúziós folyamat március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Deutérium- trícium fúzió CNO-ciklus Proton-proton fúzió

12 Fúzió a Napban március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Bonyolult ciklusokon keresztül vezet oda, hogy a Nap hidrogénkészlete fokozatosan héliummá alakul. A folyamat 15 millió fokon játszódik le. Tisztán csak a hőmérsékletből származó sebesség nem lenne elég az atommagok egymáshoz ütközéséhez! A Napban uralkodó hatalmas gravitációs nyomás segíti a fúziós folyamatokat! A Földön ilyen hatalmas nyomásra nem számíthatunk! → Sokkal magasabb hőmérsékletre van szükség a Földön!

13 Erőművi fúziós folyamat D + T → 4 He (3,5 MeV) + n (14 MeV) Mintegy 75 millió fokos termikus közegben „nagy” valószínűséggel (alagúteffektusnak köszönhetően) lezajlik! Az összes többi lehetséges fúziós reakcióhoz sokkal magasabb hőmérséklet kellene! március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Az anyag atomjai ilyen hőmérsékleteken teljesen szétesnek atommagokra és elektronokra. Ez az anyag negyedik hal- mazállapota, a PLAZMA!

14 A fúziós folyamat energiamérlege Az önfenntartó fúziós energiatermelés feltétele: megtermelt energia = energiaveszteség Lawson n τ ≥ C(T) ~ 10^(20) D+T esetén március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Stabil égés! A folyamat nem szaladhat meg! Biztonság!

15 Mágneses összetartás március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Kis sűrűség hosszan összetartva! Érintkezés az edény falával! Lehűti a plazmát! Homogén mágneses térben való lebegtetés! A töltött részecskék spirálpályán követik a mágneses teret! A plazma nem érintkezik az edény falával! A részecskék kiszöknek a „végeken”! Zárjuk egymásba a két „véget”! TÓRUSZ!

16 TOKAMAK március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei A tóruszban a mágneses tér nem homogén → részecskék szétválása töltésük szerint → vertikális elektromos tér → E x B sebesség sugárirányú → plazma a falon! Indukáljunk áramot a plazmában! → A plazmaáram mágneses tere megkeveri a plazmát → megszűnik a részecskék szétválása. → a plazma nem kenődik a falra! A plazma áramlása a TOKAMAK-ban turbulens → nehéz növelni az összetartási időt!

17 Trícium szaporítása március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei A trícium gáznemű radioaktív anyag! Felezési ideje 12,9 év! A tríciumot elő kell állítani a fúziós erőmű számára! Li + n → 4 He + T Lítium nagy mennyiségben fordul elő a földkéregben. Viszonylag olcsón kivonható onnan! A trícium szaporításához szükséges neutronokat vehetjük a fúziós reakcióból. → Li szaporító köpeny a reaktor része !

18 Fúziós reaktor koncepciója március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

19 ITER március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Kísérleti reaktor – a megtermelt energia nem kerül a hálózatra! Szupravezető mágnesek 4 K fokos hőmérsékleten! Plazma hőmérséklete: 70 – 80 millió fok! Becsült EU hozzájárulás: ~ 20 milliárd € / 10 év Indítás tervezett éve: 2018 Nemzetközi együttműködés: (EU, Japán, Kína, India, Dél – Korea, USA, Oroszország)

20 A fúziós energiatermelő reaktor előnyei március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Kevés bemenő üzemanyag szükséges! Kevés bemenő üzemanyag szükséges! Napi anyagszükséglet 1 GW-os erőműre: (1GW×1 nap/17 MeV)×8 m p = 10 9 ×3600×24/( × )×8× = 0.4 kg A bemenő üzemanyag (D, Li) és a végtermék (He) nem radioaktív! A bemenő üzemanyag (D, Li) és a végtermék (He) nem radioaktív! A közbülső trícium viszont radioaktív és igen illékony! A keletkezett neutronok felaktiválják a szerkezeti elemeket! → A fúziós energia melléktermékeként keletkezik radioaktivitás! Igaz viszonylag rövid felezési idejű izotópok formájában! Nem termel üvegházhatású gázokat! Nem termel üvegházhatású gázokat! A bemenő üzemanyag „mindenütt” megtalálható szinte „korlátlan” mennyiségben! A bemenő üzemanyag „mindenütt” megtalálható szinte „korlátlan” mennyiségben! A fúziós reaktor azonnal leáll a legkisebb, üzemi állapottól való eltéréskor! A fúziós reaktor azonnal leáll a legkisebb, üzemi állapottól való eltéréskor!

21 ITER március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Az ITER sikere azon múlik, hogy: sikerül – e megoldani még néhány alapvető fontosságú fizikai problémát, sikerül – e megoldani még néhány alapvető fontosságú fizikai problémát, lesz – e elegendő műszaki végzettségű ember, aki ezen a projekten akar dolgozni! lesz – e elegendő műszaki végzettségű ember, aki ezen a projekten akar dolgozni! Az elkövetkező mintegy 25 évben fizikusok százaira, és mérnökök ezrei lesz szükség a fúziós energetikában! → Magas szintű természettudományos és műszaki képzésre lesz ehhez szükség!!

22 Fúziós kutatások Egyetemünkön március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei A Széchenyi István Egyetem óta tagja a Magyar Fúziós Szövetségnek A kutatómunkát a Fizika és Kémia Tanszék részéről Berta Miklós koordinálja A fúziós kutatások részét képezik Egyetemünk „Alkalmazott magfizikai kutatások” kutatási főirányának FUSENET: nemzetközi oktatási projekt. * 40 európai egyetem és kutatóintézet * Cél: a fúziós technológia oktatásának koordinálása * Portál: Egyetemünk szerverein. Fejlesztők és működtetők: Varga Ágnes, Molnár Csaba (SZE Informatika Tanszék)www.fusenet.eu

23 Fúziós kutatások Egyetemünkön március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Együttműködő partnereink a fúziós kutatások területén KFKI – RMKI Institute for Plasmaphysics Prague, Czech Republic Centrum of Plasmaphysics Research at Lausanne, Switzerland

24 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei EDICAM gyorskamera megfigyelő rendszer KFKI – RMKI – val szoros együttműkö- désben

25 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Li – nyaláb diagnosztika és Atomnyaláb Szonda fejlesztése

26 Diagnosztikák fejlesztése a COMPASS-ra március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

27 Szennyezőtranszport vizsgálatok Lausanneban március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Lézer blow – off (Si, Al) (tervezte: KFKI) Gyors gázbelövő(D, He, Ne, Ar) (tervezte és gyártotta: Titrik Ádám SZE Közúti és Vasúti Járművek Tanszék)

28 Szennyezőtranszport vizsgálatok Lausanneban március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Mért adatok feldolgozása a Fizika és Kémia Tanszéken fejlesztett Genetikus algorit- mus alapú szoftverrel. (Dr. Horváth András, Berta Miklós)

29 Zonális áramlások szerepe március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Turbulens plazmaáramlás Nyírt áramlás megjelenése Fal irányú transzport csök- kenése Az ITER működéséhez tudnunk kell kelteni ezeket a nyírt áramlásokat!

30 Zonális áramlások detektálása március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Gyorsított töltött részecskékkel detektálhatóak – nagyon drága Langmuir szondák adatai alapján szofisztikált kiértékelési eljárással kis berendezéseken – olcsó mérési eljárás – Bencze, Berta, Zoletnik – tokamak- ban másodikként a világon

31 Mágnesezett elektrolit és zonális áramlás március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Bardóczi László – BME Berta Miklós – SZE Dr. Bencze Attila – KFKI

32 Mágnesezett elektrolit és zonális áramlás március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei

33 Plazmacső március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Gubicza Ágnes – BME Mórocz Tamás – SZE Berta Miklós – SZE

34 2010. március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Mára a fúziós energiatermelés megoldásához fizikusi erőfeszítések mellett egyre növekvő mértékben van szükség mérnöki erőfeszítésekre. Fúziós reaktor = fizikus és mérnök közös kutatómunkája Köszönöm a figyelmet! Az előadás animációi részben az EFDA „Fusion – Power for future genera- tions” CD – ROM – ról származnak! Felhasználásuk ismeretterjesztő célokra engedélyezett!!

35 A következő előadásunk március Előadó neve: Berta Miklós Előadás címe: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei Dr. Gál Péter Quo vadis automobil? – Hogyan autózunk a következő évtizedben? április 7. 18:00-19:00

36 KÖSZÖNJÜK MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! A program szervezői, támogatói: A rendezvény a „SZ i ENCE4YOU – Tudás- és tudomány disszemináció a Széchenyi István Egyetemen” című projekt keretében valósult meg. TÁMOP /


Letölteni ppt "KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT! Önök Berta Miklós: Csillag a Földön – A fúziós energiatermelés érdekességei előadását hallhatják! 2010. március 10."

Hasonló előadás


Google Hirdetések