Connect with us

Nauka

Naukowcy testują rozwiązania dla przyszłych elektrowni termojądrowych

Published

on

Naukowcy testują rozwiązania dla przyszłych elektrowni termojądrowych

Fizycy z Europy, w tym z Polski, zakończyli serię eksperymentów z deuterem i trytem w urządzeniu fuzyjnym Joint European Torus (JET) w Wielkiej Brytanii. W ramach tych prac zbadali procesy syntezy termojądrowej i techniki kontroli w warunkach podobnych do tych w przyszłych elektrowniach termojądrowych.

Wspólny Torus Europejski (JET) to eksperyment termojądrowy w kształcie tokamaka w kształcie pączka, zlokalizowany w Culham Center for Fusion Energy w Oxfordshire w Wielkiej Brytanii. Obiekt wykorzystuje pola magnetyczne do utrzymywania gorącego, zjonizowanego gazu (plazmy) z dala od wewnętrznych ścian pojemnika, umożliwiając bezpieczną pracę w temperaturze 150 milionów stopni Celsjusza – czyli dziesięciokrotnie wyższej od temperatury w jądrze Słońca.

JET rozpoczął działalność w 1983 roku jako wspólny projekt europejski. Później przeszedł kilka ulepszeń poprawiających jego wydajność. W 1991 roku JET stał się pierwszym na świecie reaktorem, w którym zastosowano mieszaninę trytu i deuteru w proporcjach 50-50. Placówka ustanowiła kilka rekordów w procesie syntezy jądrowej, w tym rekord plazmy Q (stosunek wytworzonej energii termojądrowej do energii zewnętrznej wprowadzonej do ogrzania plazmy) wynoszący 0,64 w 1997 r. oraz rekordową energię wyjściową energii termojądrowej wynoszącą 59 megadżuli przy energii pięciodniowej. drugi impuls w grudniu 2021 r.

Zbudowany przez Europę i używany wspólnie przez europejskich badaczy przez cały okres swojego istnienia, JET stał się własnością UKAEA w październiku 2021 r., w czerwcu tego roku obchodził 40. rocznicę swojego istnienia i zakończy działalność z końcem 2023 r.

Kampanię eksperymentalną w JET prowadziło ponad 300 europejskich naukowców uczestniczących w projekcie EUROfusion wraz z inżynierami i personelem naukowo-technicznym z Urzędu Energii Atomowej Zjednoczonego Królestwa (UKAEA). W akcji wzięła udział grupa polskich naukowców z Instytutu Fizyki Plazmy i Mikrofuzji Laserowej w Warszawie.

JET jest jedynym istniejącym obiektem, w którym można przeprowadzić dużą liczbę reakcji termojądrowych. Stosowana tam obecnie wysokosprawna mieszanka paliwowa deuter-tryt będzie wykorzystywana w przyszłych elektrowniach termojądrowych. Celem zakończonej kampanii eksperymentalnej było opracowanie technologii i metodologii potrzebnych w przyszłych elektrowniach termojądrowych.

READ  Poszerzaj horyzonty: 5 powodów, dla których warto studiować za granicą w Polsce

Większość eksperymentów z syntezą termojądrową wykorzystuje wyłącznie paliwa takie jak wodór lub deuter. Aby maksymalnie zbliżyć się do warunków panujących w prawdziwej elektrowni termojądrowej, niezbędne są badania z użyciem mieszaniny deuteru i trytu.

„Eksperymenty w JET zoptymalizowały reakcje syntezy deuteru i trytu oraz opracowały techniki zarządzania zatrzymywaniem paliwa, wyczerpaniem cieplnym i ewolucją materiałów. Dostarczyło to kluczowych spostrzeżeń dotyczących projektowania i działania przyszłych reaktorów, takich jak międzynarodowy eksperyment ITER i demonstracyjna instalacja termojądrowa DEMO, a także wszelkich innych wysiłków na całym świecie mających na celu rozwój elektrowni termojądrowych” – stwierdzają naukowcy.

Wyjaśniając znaczenie kampanii eksperymentalnej, naukowcy połączyli przeszłość i przyszłość w badaniach nad syntezą termojądrową, mówiąc: „Kampania eksperymentalna opierała się na eksperymentach przeprowadzonych pod koniec 2021 roku, które poszerzyły naszą wiedzę na temat plazmy deuterowo-trytowej”.

Naukowcy przetestowali nowe koncepcje (opracowane na mniejszych europejskich tokamakach) na JET, początkowo z deuterem, a następnie z mieszanką paliwową deuter-tryt. Badania te są niezbędne, aby pomóc zrozumieć, w jaki sposób procesy obserwowane w mniejszych urządzeniach będą skalowane do większych przyszłych projektów syntezy jądrowej.

Zdaniem naukowców kampania oznacza postęp w pracach nad paliwem trytowym. „JET poczynił znaczne postępy w zarządzaniu komponentem paliwa trytowego, wprowadzając pionierskie nowe technologie monitorowania i czyszczenia, w tym laserowe metody diagnostyczne, takie jak LID-QMS (desorpcja indukowana laserem – kwadrupolowa spektrometria mas). Innowacje te mają kluczowe znaczenie dla przyszłego ITER operacji, zapewniając dokładne rozliczanie trytu i zwiększając bezpieczeństwo operacyjne”, podaje konsorcjum EUROfusion.

Dodaje: „Głównym sukcesem kampanii DTE3 była zdolność do odtworzenia eksperymentów z syntezą wysokoenergetyczną przeprowadzonych w ramach drugiej kampanii eksperymentalnej dotyczącej deuteru i trytu (DTE2) w 2021 r. To osiągnięcie podkreśla niezawodność i dojrzałość metod operacyjnych JET, które są niezbędne dla przyszłego powodzenia projektu ITER.”

READ  „Złe podejście dla nas”: Niemcy przodują w grupie krajów UE przeciwko zakazowi stosowania silników spalinowych - Car News

Kampania obejmowała przetestowanie kilku scenariuszy operacyjnych w celu skutecznego zarządzania ciepłem odprowadzanym z gorącego, zjonizowanego gazu (plazmy) paliwa. Naukowcy skupili się na rozproszeniu energii na krawędzi plazmy, przy jednoczesnym utrzymaniu wysokiego poziomu energii w rdzeniu plazmy, czyli równowagi krytycznej dla żywotności reaktora. Obejmowało to minimalizację lub eliminację impulsów energii wynikających z niestabilności krawędzi plazmy oraz wdrożenie innowacyjnych technik zarządzania obciążeniem cieplnym, takich jak wtryski gazów zanieczyszczających ze sprzężeniem zwrotnym w celu utworzenia zlokalizowanej strefy plazmy chłodnicy wokół punktu. Ponadto zespół zademonstrował sterowanie mieszanką paliwową DT w czasie rzeczywistym za pomocą wtryskiwanie gazu i zamrożonych granulek deuteru, co jest podstawową metodą kontrolowania reakcji termojądrowych. Postępy te mają kluczowe znaczenie dla pomyślnego działania przyszłych reaktorów termojądrowych.

Autorzy projektu wspominają także o pogłębianiu wiedzy na temat wpływu neutronów wysokoenergetycznych. „Koncentrując się na wpływie neutronów 14,1 MeV wytwarzanych w procesie termojądrowym, które przenoszą energię reakcji termojądrowych z plazmy, kampania zapewniła wgląd w ich wpływ na systemy chłodzenia i elektronikę, tę ostatnią we współpracy z CERN. Wiedza ta jest niezbędna do projektowania bezpieczniejszych i bardziej wydajnych przyszłych reaktorów termojądrowych” – piszą.

Polski Instytut Fizyki Plazmy i Mikrofuzji Laserowej, uczestnicząc we współpracy z JET, reprezentuje polskie środowisko naukowo-badawcze w projekcie konsorcjum EUROfusion oraz koordynuje badania nad syntezą termojądrową w Polsce. W tym celu powołano Centrum Naukowo-Przemysłowe Nowych Technologii Energetycznych (CeNTE), które łączy potencjał badawczy ponad 20 polskich instytucji, do których zaliczają się instytuty badawcze, uczelnie, instytuty PAN oraz przedsiębiorstwa przemysłowe. (PAPKA)

PAP – Nauka w Polsce

zan/ kap/

tr. RL

Fundacja PAP umożliwia nieodpłatne przedrukowanie artykułów z portalu Nauka w Polsce pod warunkiem otrzymania raz w miesiącu wiadomości e-mail o fakcie skorzystania z portalu oraz wskazania źródła artykułu. Na stronach internetowych i portalach internetowych należy podawać adres: Źródło: www.scienceinpoland.pl, natomiast w czasopismach – adnotację: Źródło: Nauka w Polsce – www.scienceinpoland.pl. W przypadku serwisów społecznościowych prosimy o podanie jedynie tytułu i leadu przesyłki naszej agencji wraz z linkiem do tekstu artykułu na naszej stronie internetowej, tak jak ma to miejsce na naszym profilu na Facebooku.

READ  Olivier Giroud zostaje królem strzelców Francji, wyprzedzając Thierry'ego Henry'ego golem dla Polski

Continue Reading
Click to comment

Leave a Reply

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *