* Zaloguj się   * Zarejestruj się


Napisz nowy temat Odpowiedz  [ 14 posty(ów) ] 
 Temat postu: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzieję)
PostWysłany: Wto Lis 19, 2013 6:52 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Obiecałem prosty tekst o energii gwiazd w kontekście funkcjonowania reaktorów typu tokamak.
Spróbuję zatem zrobić to bez odwoływania się do wzorów, równań, terminów ściśle fizycznych i wielkości liczbowych.
Może to być nieakceptowalne dla umysłów ścisłych, od razu przepraszam.
Nie będzie:
- energii wiązania na nukleon,
- elektronowoltów,
- cyklu protonowo-protonowego - węglowo-azotowego,
- deficytu masy
ani wielu innych terminów i liczb.

Dla zobrazowania energii plazmy będę używał częściej temperatury (st C) niż temperatury elektronów albo energii wyrażonej w eV.

Mam nadzieję że uda mi się przybliżyć temat syntezy jądrowej zarówno w kontekście astrofizyki jak i przyszłych zastosowań energetycznych.

Proponuję na początek - kilka postów będzie opisywać zjawiska zgodnie z moją koncepcją, później możemy sobie podyskutować i polinkować, ale na początek poproszę o pewną cierpliwość i wyrozumiałość, żebym w ciągu paru dni mógł zaprezentować swoją autorską wizję tego tematu.

Temat ma związek z relacją z wycieczki po CCFE.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Ostatnio edytowany przez Cygnus_X1, Wto Lis 19, 2013 7:06 pm, edytowano w sumie 1 raz

Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Wto Lis 19, 2013 7:04 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Kiedy temperatura gazu przekracza 10000 st C prawie wszystkie atomy zostają zjonizowane, elektrony oddzielają się od jąder. Rezultatem jest mieszanina elektronów i jonów, podczas gdy całkowity ładunek pozostaje bliski zeru. Taki zjonizowany gaz, o sumarycznym ładunku zerowym, nazywa się plazmą. Jako że substancja ta cechuje się szeregiem unikalnych właściwości - często uważa się plazmę za czwarty stan materii.

Słońce i podobne mu gwiazdy, jest kulą plazmy, o głównej zawartości wodoru. Temperatura jądra Słońca wynosi około 15 mln stopni. Taka temperatura i związane z nią ciśnienie są wystarczające do zrównoważenie grawitacyjnego ciśnienie całej masy otaczającej materii. W warunkach panujących w jądrze Słońca możliwe jest łączenie jąder wodoru i uwalnianie energii. Przebiegająca na Słońcu reakcja syntezy helu jest wieloetapowa, zachodzi ona bardzo powoli. Wydzielenie wielkiej ilości energii, wystarczającej na podtrzymanie życia na Ziemi i kształtującej całe otoczenie słoneczne ma miejsce dzięki olbrzymiej masie Słońca, ilość rekompensuje powolny przebieg reakcji syntezy.

Skąd bierze się życiodajna energia Słońca, wyzwalana w reakcji syntezy wodoru w hel?
Jądro helu, dokładniej izotopu 4He składa się z dwu protonów i dwu neutronów. Jądro wodoru to pojedynczy proton (izotop 1H = prot), proton + neutron (izotop deuter, 2H), czy wreszcie proton + 2 neutrony (tryt, 3H). Tak więc połączenie dwu jąder deuteru prowadziłoby do powstania jądra helu 4He. Masa jądra helu jest nieco mniejsza od masy jego składników. Tak więc łącząc poszczególne nukleony albo łącząc dwa jądra deuteru w 4He uwalnia się pewna nadmiarowa masa (tzw. energia wiązania), przekształcając w energię zgodnie z wzorem Einsteina: E=mc2.
Energia ta jest uwolniona w postaci energii kinetycznej produktów reakcji. Powstałe cząsteczki oddalają się z wielką prędkością. Energię tę można przechwycić, spowalniając rozpędzone cząsteczki i zamieniając energię ich ruchu w możliwą do spożytkowania formę energii, energię cieplną.

Jądra wodoru - pojedyncze protony lub z doczepionymi neutronami - niełatwo zmusić do połączenia w jądro helu. Odpychają się one siłami elektrostatycznymi, zgodnie z prawem Coulomba. Nie wchodząc w szczegóły - można powiedzieć, że łatwiej jest zbliżyć jądro deuteru do jądra trytu niż doprowadzić do połączenia dwu jąder deuteru. Cięższy pocisk (tryt), zbudowany z trzech nukleonów niesie większą energię, więc siłom ekektrostatycznego odpychania trudniej go wyhamować niż jądro deuteru. Dlatego w warunkach ziemskich synteza wodoru w hel jest łatwiejsza do osiągnięcia poprzez wykorzystanie deuteru i trytu niż czystego deuteru. Nawet wtedy niezbędna dla zainicjowania reakcji energia jest dostępna tylko w najwyższym zakresie fizyki wysokich energii. Jeśli źródłem energii niezbędnej do zainicjowania syntezy jest energia termiczna cząsteczek plazmy - stąd nazwa FUZJA TERMOJĄDROWA - konieczne są ekstremalnie wysokie temperatury, przekraczające 100 mln stopni. Z połączenia jąder deuteru i trytu powstaje jądro helu 3He i wysokoenergetyczny neutron.

Reaktor JET jest pierwszym w świecie tokamakiem w którym wykorzystana jest mieszanina deuter-tryt (50%-50%), taka sama, jaka ma być stosowana jako paliwo w przyszłych reaktorach termojądrowych.

W sercu Słońca wysokoenergetyczne cząsteczki są utrzymywane razem przez grawitację olbrzymiej masy słonecznej. Bez tej ogromnej siły cząsteczki rozproszyłyby się od razu dzięki ich energii termicznej, będącej w istocie energią ruchu cząsteczek. W warunkach ziemskich utrzymanie wysokotemperaturowej plazmy w określonej przestrzeni wymaga istnienia jakiejś innej siły ściskającej. Jest to możliwe dzięki temu, że plazma składa się z zupełnie niezależnie od siebie poruszających się cząsteczek o ładunku ujemnym (elektrony) i dodatnim (jony dodatnie, którymi są zjonizowane jądra wodoru). Na cząsteczki te w polu magnetycznym działa siła Lorentza (jest to ta sama siła, która napędza silniki elektryczne).
Cząsteczki obdarzone ładunkiem elektrycznym w polu magnetycznym nie poruszają się swobodnie, ale mają tendencję poruszać się po spirali wzdłuż linii sił pola magnetycznego. Umożliwia to, poprzez odpowiednie ukształtowanie zewnętrznego pola magnetycznego, zbudowanie tzw. butelki magnetycznej do przechowywania plazmy.

Bez wchodzenia w szczegóły - rodzajem takiej butelki magnetycznej jest toroidalna komora próżniowa tokamaka.
Torus to bryła geometryczna powstała poprzez obrót okręgu wokół osi leżącej poza okręgiem. Generalnie - jest to kształt przypominający obwarzanek albo oponkę.
TOKAMAK to skrótowiec zaczerpnięty z języka rosyjskiego - w ZSRR w latach pięćdziesiątych (1956) zbudowano pierwszy tokamak.
- TOroidalna
- KAmiera z
- MAgnitnymi
- Katuszkami
toroidalna komora z cewkami magnetycznymi.
Zamknięty kształt komory umożliwia pozbycie się kłopotów z uszczelnieniem "butelki magnetycznej" na jej końcach, w przypadku jej liniowej konfiguracji. Możliwe jest też obieganie plazmy dookoła jak też generowanie prądu przepływającego wzdłuż takiej kolistej plazmowej ścieżki. Bardzo silne pole magnetyczne generowane jest przez elektromagnesy rozmieszczone wokół komory, przy czym cewki prostopadłe do obwodu obwarzanka generują pole ściskające sznur plazmowy i utrzymujące go blisko osi komory, inne cewki, umieszczone wzdłuż obwodu obwarzanka, umożliwiają kształtowanie przekroju poprzecznego strumienia plazmy i regulowanie odstępu plazmy od ścianek komory.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Ostatnio edytowany przez Cygnus_X1, Czw Maj 12, 2016 1:36 am, edytowano w sumie 1 raz

Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Wto Lis 19, 2013 7:07 pm 
Rozbudziłeś apetyt ale nic nie dałeś ;)
Dodajmy tylko, że po angielsku to będzie "Nuclear fusion".
Ponoć (wiki ang):
"W fizyce jądrowej, fuzja jądrowa jest reakcją, w której dwa lub więcej jądra atomowe
zderzają się z bardzo dużą prędkością i łączą się tworząc nowy typ jądra atomowego"
Czekamy na więcej!
Pozdrawiam
p.s.
UPS (dałeś, jak to pisałem) :)


Góra
  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Wto Lis 19, 2013 8:42 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Ekolog napisał(a):
Dodajmy tylko, że po angielsku to będzie "Nuclear fusion".

When the required nuclear reactions result from the thermal motions of the nuclei, so-called thermonuclear fussion...
Za broszurą EFDA Close Support Unit - Culham

Dam więcej, jak obiecałem.

Po polsku synteza jądrowa częściej się kojarzy z terminem TERMOJĄDROWA, co ma związek z militariami i bombą wodorową. Dlatego takiego terminu użyłem w temacie, można tez było napisać SYNTEZA JĄDROWA co jest precyzyjne.
Definicja Wikipedii jest nieprecyzyjna, wszak każde połączenie jąder atomowych skutkujące powstaniem innego jądra byłoby objęte terminem fuzji. Ale w kwestii precyzji poleganie na Wikipedii może być zawodne.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Wto Lis 19, 2013 11:14 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Zasadę działania toroidalnej pułapki magnetycznej ilustruje poniższy rysunek:

Image

W dzisiejszych tokamakach plazma jest wytwarzana poza pierścieniem toroidalnym, nie jak w podpisie do rysunku.
Plazma krążąca w tak uproszczonym, historycznie najstarszym modelu tokamaka wykazuje ogromne niestabilności, dryfując ku ściankom komory toroidalnej.

W kolejnych modelach konfiguracja pola magnetycznego jest coraz bardziej złożona:

Image

Linie wypadkowego pola magnetycznego nie są już toroidalne ale skręcone śrubowo, co powoduje stabilizację strumienia plazmy.

Na kolejnym schemacie, przedstawiającym w zarysie kszłt reaktora ITER:

Image

zwodniczo pominięto podstawowe uzwojenia magnetyczne, za to są zaznaczone jako "magnesy" dodatkowe cewki stabilizujące. Takie cewki w reaktorze JET umożliwiają regulowanie kształtu strumienia plazmy.

Bardzo dokładna kontrola strumienia plazmy ma znaczenie z wielu powodów:
- uzyskanie dużego prądu plazmy, co ma wpływ na temperaturę,
- uzyskanie separacji od ścianek a więc ma to wpływ na czas reakcji i utrzymanie zarówno temperatury jak i gęstości plazmy,
- kierowanie produktów reakcji i cząstek wypadających poza kontrolowany strumień w pożądane miejsce.

Destabilizacja i zetknięcie plazmy ze ściankami komory toroidalnej nie powoduje katastrofalnych skutków. Przede wszystkim plazma ulega natychmiastowemu schłodzeniu. Chociaż ma bardzo wysoką temperaturę, to całkowita masa chmury plazmowej podczas eksperymentu JET jest rzędu 1/10 g, dlatego nie grozi stopienie ścianek czy wypalenie dziury. Następuje jednak miejscowe erodowanie wykładziny komory, mogą powstawać promieniotwórcze produkty reakcji jądrowych.
Nie oznacza to jednak, że nie występują olbrzymie naprężenia. Incydentalne rozogniskowanie strumienia plazmy powoduje powstanie w ściankach komory olbrzymich prądów, które generują siły rzędu kilkuset ton. Podczas jednego z takich zdarzeń cały ogromnej masy reaktor JET podskoczył o ponad centymetr! Projektanci muszą uwzględnić takie zdarzenia, dlatego konstrukcja tokamaków jest tak masywna i dlatego sterowanie urządzeniem podczas eksperymentów odbywa się zdalnie, ze sterowni zlokalizowanej w odrębny, budynku.

Dla skutecznego zainicjowania i podtrzymania reakcji syntezy konieczne jest uzyskanie trzech parametrów:
- temperatury (żeby energia termiczna jąder wodoru była wystarczająca dla pokonania odpychania elektrostatycznego),
- gęstości (żeby jądra były odpowiednio blisko siebie, wtedy zderzenia nie będą miały miejsca zbyt rzadko),
- czasu (żeby reakcja zdążyła nastąpić).

Niestabilność plazmy ogranicza czas reakcji. Główne metody zwalczania niestabilności to
- odpowiednie kształtowanie pola magnetycznego
- regulowanie kształtu pola, za pomocą diagnostyki plazmy i niezwykle szybko działających sprzężeń zwrotnych, modyfikujących pola magnetyczne by przeciwdziałać wykrytym niestabilnościom.
Kształtowanie pola statycznego, co pozwala uzyskać strumień plazmy o pewnych cechach samoogniskowania, prowadzi do bardzo skomplikowanych konstrukcji magnesów i komór próżniowych, które już nie są toroidalne ale mogą mieć kształt wrzecionowo poskręcany -> STELLARATOR.

Animowany model pokazujący działanie pól magnetycznych tokamaka można znaleźć tutaj:
(chodzi o animowany schemat na dole strony)
http://www.ccfe.ac.uk/Tokamak.aspx

Włączenie magnesów o prostokątnych rdzeniach (lewy przycisk) powoduje indukowanie przepływu prądu przez plazmę w komorze toroidalnej, tak jakby strumień plazmy stanowił wtórne uzwojenie transformatora. Przycisk po prawej stronie włącza cewki toroidalne, które powodują ogniskowanie strumienia plazmy.

Proponuję na razie nie uruchamiać interaktywnego modelu reaktora MAST, jeszcze o tym urządzeniu nie wspominałem, należy ono do trochę innej klasy tokamaków.

W następnym poście spróbuję skupić się nad metodami podgrzewania plazmy.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Czw Lis 21, 2013 9:06 pm 
Offline
Awatar użytkownika

Rejestracja: Pon Lip 02, 2007 1:03 pm
Posty: 74
Miejscowość: Podkrakowska wieś
No, już to zasygnalizowałem w innym wątku ale jest w Polsce pewna grupa ludzi zajmująca się tym tematem - tutaj link do nich: http://www.ifpilm.pl/ifpilm.pl/en/ żeby nie było że "cudze chwalicie swego nie znacie".

_________________
Spatřil jsem kometu oblohou letěla
chtěl jsem jí zazpívat ona mi zmizela


Góra
 Profil  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Czw Lis 21, 2013 11:10 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Hajduczny napisał(a):
No, już to zasygnalizowałem w innym wątku ale jest w Polsce pewna grupa ludzi zajmująca się tym tematem - tutaj link do nich: http://www.ifpilm.pl/ifpilm.pl/en/ żeby nie było że "cudze chwalicie swego nie znacie".

Wspominałem o tym, to instytut wywodzący się z prowadzonych w latach 70 pod kierunkiem prof. Kaliskiego prac badawczych na WAT. Jak odgrzebuję z zakamarków pamięci - nowością były wtedy prace nad mikrosyntezą laserową - grzaniem mikrokuleczek wodorowych koncentrycznymi promieniami laserów.
W eksperymentach z lat siedemdziesiątych inicjowano implozję wodoru za pomocą wybuchu, następnie ściśnięty falą uderzeniową materiał był grzany laserami. Kaliski próbował uzyskać reakcję syntezy wyłącznie wybuchem.

Prace nad syntezą laserową nadal są prowadzone, równolegle do tokamaków.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Czw Lis 21, 2013 11:36 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Wracając do naszych baranów...

Plazma w komorze toroidalnej jest izolowana od ścianek komory i ściskana przy pomocy odpowiednio ukształtowanego pola magnetycznego.
Jako gaz przewodzący prąd - rozmieszczona wzdłuż obwodu "obwarzanka" tworzy wirtualny zwój transformatora. Umieszczone wewnątrz torusa uzwojenie pierwotne powoduje indukowanie w pierścieniu plazmowym prądu płynącego równolegle do obwodu torusa.
Przepływ prądu generuje ciepło Joule'a-Lenza, rozgrzewając strumień plazmy. Takie podgrzewanie pozwala na osiągnięcie temperatury plazmy rzędu 20 mln stopni.
Niestety, inaczej niż w drucikach wolframowych żarówki, plazma wraz ze wzrostem temperatury zwiększa przewodnictwo czyli spada opór omowy. A więc przy wzroście temperatury plazmy zmniejsza się ilość wydzielanego ciepła Joule'a-Lenza, skąd ograniczenie temperatury możliwej do uzyskania w ten sposób.

Uzyskanie jeszcze większej temperatury plazmy wymaga użycia innych metod doprowadzania do niej energii.

Pierwszą z tych metod jest PODGRZEWANIE STRUMIENIEM CZĄSTEK NEUTRALNYCH.
Żeby uzyskać strumień wysokoenergetycznych cząstek - konieczne jest zjonizowanie gazu. Naładowane jony dodatnie udaje się stosunkowo łatwo rozpędzić do wysokich energii, używając przyspieszania elektrostatycznego. Niestety, strumień jonów nie może zostać doprowadzony do środka sznura plazmowego. Jony, reagując z polem magnetycznym, zostają odchylone i nie ma sposobu na wstrzelenie ich do środka wiązki plazmowej. W takim razie rozpędzone jony trzeba zneutralizować i dopiero po wyeliminowaniu nadal naładowanych cząstek - pozostałą część zobojętnionych cząstek wstrzykuje się do komory toroidalnej, gdzie - niewrażliwe na pola magnetyczne - mogą osiągnąć centralne obszary wstępnie podgrzanej (grzanie oporowe) plazmy i poprzez zderzenia - oddać cząsteczkom plazmy swoją energię kinetyczną.

Poniżej schemat funkcjonowania źródła strumienia cząstek neutralnych

Załącznik:


schemat ośmiokrotnego systemu NBI (Neutral Beam Injector) reaktora JET.

Załącznik:


System NBI reaktora JET używa napięcia przyspieszającego do 140 kV, umożliwia rozpędzenie atomów aż do 3000 km/s. System może dostarczyć 35 MW mocy w strumieniu cząstek obojętnych przez czas do 20 s.


Załączniki:

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek
Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Sob Lis 23, 2013 12:32 am 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Kolejna metoda doprowadzania energii do plazmy zamkniętej w toroidalnej komorze tokamaka to PODGRZEWANIE FALAMI RADIOWYMI WIELKIEJ CZĘSTOTLIWOŚCI.
Naładowane cząsteczki (elektrony, jony) wędrują wzdłuż "obwarzanka" komory próżniowej podróżując po spiralnych torach, "owiniętych" wokół linii sił pola magnetycznego. Przy określonej energii szybkość poruszania się cząsteczek jest określona, częstotliwość pokonywania zwojów tej "spiralki" odpowiada częstotliwości radiowej pasma fal elektromagnetycznych. Częstotliwość ta zależy od energii cząstek, ich położenia w komorze, wreszcie natężenia pola magnetycznego. Dostarczając fal radiowych o częstotliwości równej częstotliwości własnej tych cząsteczek możemy dzięki rezonansowi przekazać im energię.
W tym celu zbudowano odpowiednio potężne generatory, które generują fale radiowe o odpowiedniej częstotliwości, a te, poprzez falowody i anteny zainstalowane w obwodowej części toroidalnej komory, grzeją plazmę tokamaka. Zmiana częstotliwości tych fal powoduje pompowanie energii do określonych grup cząstek i znajdujących się w wybranym obszarze plazmy.
Fachowo nazywa się to jonowo-cyklotronowym podgrzewaniem rezonansowym (ICHR).
Zamontowane na ścianach komory toroidalnej JET anteny mogą doprowadzić moc 20 MW, częstotliwość promieniowania ICHR wynosi 23-57 MHz.

Inna metoda grzania falami radiowymi polega na naświetlaniu komory promieniowaniem mikrofalowym o tak dobranej częstotliwości, że elektrony o ściśle określonej energii, znajdujące się w odpowiednim miejscu (obiegające po torze o określonym promieniu) zostają rezonansowo rozpędzane, jak w cyklotronie. Ten system prowadzi do podwyższenia prądu elektronowego strumienia plazmy. W JET system nazywa się LHCD (Lover Hybrid Current Drive) i generuje 10 MW mocy, umożliwiając osiągnięcie prądu plazmy równego 3 MA.

Anteny radiowe JET (mają wygląd siatek/kratek przypominających kaloryfery łazienkowe czy żaluzje okienne) widoczne są na poniższym zdjęciu po prawej stronie i z tyłu w lewo od centralnej kolumny.


Załączniki:

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek
Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Śro Gru 04, 2013 1:12 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Miało nie być wzorów, czytelnicy mogą je opuścić, ale kto nie przeraża się równaniami reakcji jądrowych - temu tych kilka linijek pomoże w zrozumieniu słownej paplaniny.

Reakcje prowadzące do syntezy helu mogą przebiegać pomiędzy jądrami deuteru albo pomiędzy deuterem i trytem.
Ta druga reakcja, chociaż wydziela mniej energii, jest łatwiejsza do zainicjowania. Realizacja syntezy w czystym deuterze wymagałaby wyższej temperatury i ciśnienia, dlatego aktualnie prowadzone badania koncentrują się na reakcji

D + T -> He + n + 17.6 MeV

W praktycznej realizacji energetyki termojądrowej - nie uda się przy użyciu obecnie rozwijanych technologii zrealizować reakcji syntezy opartej na jednym izotopie wodoru, deuterze. Deuter jest łatwo dostępny, można go uzyskać z wody, natomiast tryt jest nietrwały, nie można go pozyskać ze źródeł naturalnych. W takim razie tryt potrzebny na paliwo do elektrowni należy wyprodukować.
Planuje się wykorzystanie reakcji

Li + n -> He + T

Reakcja ta może przebiegać dwojako:

1) z wykorzystaniem izotopu 6Li

6Li + n -> He + T + 4.8 MeV

2) z wykorzystaniem izotopu 7Li

7Li + n + 2.5 MeV -> He + T + n

Pierwsza reakcja jest egzoenergetyczna, następuje wydzielenie energii.
Reakcja z 7Li jest endoenergetyczna, wymaga dostarczenia energii, ale w jej rezultacie powstaje tryt i zostaje "odzyskany" neutron.
Egzoenergetyczność nie jest przeszkodą, bo uwolniony w syntezie helu neutron niesie aż 14 MeV energii (80 proce energii reakcji, pozostałe 20 procent unosi jądro helu).

Żeby efektywnie produkować tryt konieczne jest odzyskiwanie czy powielanie neutronów, jako że nie wszystkie neutrony powstałe w syntezie helu mogą być wykorzystane w reakcji produkcji trytu. Dlatego przewiduje się wykorzystanie reakcji z 7Li, albo zastosowanie jeszcze jednego pierwiastka - berylu.

9Be + n -> He + He + 2n

W planowanym reaktorze termojądrowym torus tokamaka będzie otoczony płaszczem litowym. Szybkie neutrony powstające w reakcji syntezy biegną we wszystkie strony nie zważając na pola magnetyczne (są pozbawione ładunku elektrycznego więc nie działa na nie siła Lorentza), przenikają przez ścianki komory toroidalnej i zostają pochłonięte przez lit płaszcza. Tam reagując z litem powodują powstanie trytu. Ten tryt, odzyskiwany z wymiennych modułów płaszcza, będzie paliwem.
W końcowym rozrachunku - surowcem do produkcji energii z reakcji syntezy będzie deuter i lit (ewentualnie z wykorzystaniem berylu).

Deuter, jako się rzekło, występuje w wodzie w ilości 1 cząsteczki na 6700 cząsteczek protu (1H). Wydaje się to niewiele, ale metody produkcji ciężkiej wody czyli wody zawierającej tryt opanowano już podczas II wojny światowej.
Lit występuje w postaci mineralnej w skorupie ziemskiej, ale może też być wydzielany z wody morskiej.

Próby prowadzone w końcowych etapach eksperymentów na reaktorze ITER będą testowały materiały przydatne na litowy płaszcz. Będą to różne związki litu. Warto wspomnieć że beryl już jest testowany w eksperymentach JET.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Śro Gru 04, 2013 7:52 pm 
Kilka metod podgrzewania, a właściwie rozpędzania jąder atomowych. Także pośrednio (elektrony).
Przez przypadek znam problemy jakie rodzą neutrony (zwłaszcza prędkie).
Generalnie jest tak, że powodują trudną do precyzyjnego prognozowania "erozję" urządzeń
(nawet zwykego metalu niekiedy) i konieczność napraw typu "łatanie"!

Skoro metod podgrzewania jest kilka to nic dziwnego, że skomplikowanych urządzeń i instalacji jest
co najmniej kilka dookoła. Zapewne awaryjność ich obecnie, w tych prototypach, jest spora.
Ale czy kiedykolwiek może być nikła? Jakie energie niosą wszystkie cząstki
(włącznie z kwantami -jakkolwiek ich nie rozumemy - falowo czy korpuskularnie) potencjalnie
trafiajace w różne instalacje "pracujące"?
I jakie bezawaryjne żywotności (czasy) tych instalacji zdają się być obecnie osiągalne.

Pozdrawiam
p.s.
Kontekst (analogia) jest taki:
Marzenie energetyków atomowych, uniezależniajace ich prawie od dodstaw uranu,
reaktory prękie powielajace ze sporą liczbą latających neutronów
(i tego typu elektrownie atomowe gospodarczo wykorzystywne),
okazały się, z praktyki, zbyt awaryjne. Stoją ich "pomniki" czekające na kosztowną rozbiórkę,
na przykład w Japonii. Ale to dygresja - zostawmy - istotne pytanie jest wyżej; o sensowną lub nie bezawaryjność


Góra
  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Śro Gru 04, 2013 11:25 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Podgrzewanie jest właściwym terminem, rozpędzanie cząstek jest tylko METODĄ stosowaną do podgrzania plazmy. Strumień przyspieszonych cząstek zderza się z cząstkami plazmy i oddaje im energię. W grzaniu radiacyjnym/rezonansowym w ogóle nie ma ukierunkowanego rozpędzania cząstek. Chodzi o uzyskanie w plazmie efektu termicznego a nie wysokoenergetycznego strumienia ukierunkowanych cząstek.

Różne są metody grzania, wszystkie są sprawdzane i doskonalone w reaktorach BADAWCZYCH. Reaktor przemysłowy, chociaż znacznie większy od badawczych, może być pod pewnymi aspektami prostszy od badawczych. Zostaną wybrane optymalne metody, jak i ekonomicznie uzasadnione środki realizacji. Znacznie ograniczona będzie liczba urządzeń diagnostycznych, prawdopodobnie ilość elementów kształtowania pola magnetycznego też będzie ograniczona.
Także i komplikacje nastąpią w wyniku zmiany skali, już w ITER będą stosowane nadprzewodnikowe magnesy.

Aspekt wpływu promieniowania neutronowego i erozji w wyniku bombardowania wysokoenergetycznymi cząstkami naładowanymi jest bardzo ważny. Odporność na długotrwałe (w okresach przekraczających 10 lat!) narażenie na wyjątkowe warunki jest bardzo ważnym aspektem prac badawczych. Komercyjna elektrownia będzie musiała pracować bez przerw remontowych przez okresy co najmniej kilkunastoletnie. Dlatego plany badawczo-konstrukcyjne zakrojone są na 50 lat.
Obejmują one, oprócz budowy większego tokamaka ITER także specjalne urządzenie CTF, na razie planowane w kształcie zbliżonym do tokamaka sferycznego. To urządzenie będzie służyło bardzo długotrwałym testom odporności materiałów konstrukcyjnych dla przyszłego reaktora energetycznego. Zaplanowana jest też budowa urządzenia IFMIF, służącego tym samym celom ale działającego w oparciu o akcelerator a nie tokamak.
Skuteczna realizacja projektu budowy elektrowni termojądrowej w latach 40 XXI wieku wymaga, by instalacje do testowania materiałów zbudowano równocześnie z budową instalacji badawczych jak ITER.
Już od lat testy materiałowe mają miejsce w Culham, gdzie w reaktorze JET jest testowana erozja wywołana promieniowaniem na takich materiałach jak wolfram i beryl. MAST-U po przebudowie też będzie wykorzystywany w tym programie.

Jeśli chodzi o reaktory powielające w technice jądrowej - głównym powodem niespodziewanie małego rozpowszechnienia tej technologii są problemy POLITYCZNE, związane z nieproliferancją broni jądrowej.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Pią Wrz 26, 2014 11:25 pm 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
Wpływ promieniowania neutronowego na materię jest przedmiotem badań w wielkim laboratorium neutronowym ISIS w Laboratorium Rutherforda i Appletona w Harwell.
Zwiedzałem to laboratorium i mam mnóstwo zdjęć, ale to chyba wykracza poza temat wątku.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
 Temat postu: Re: SYNTEZA TERMOJĄDROWA - bez wzorów i zawiłości (mam nadzi
PostWysłany: Sob Sty 02, 2016 1:47 am 
Offline

Rejestracja: Pon Lis 24, 2008 12:04 am
Posty: 793
Miejscowość: Bognor Regis, Anglia
W Culham bardzo zaawansowane są prace nad przebudową zarówno JET-a jak i MAST. Z dumą informuję, że już mam rezerwację miejsca na dzień otwarty w maju 2016.

_________________
Newton 114/900, SkyMaster 15x70, Meade 10x50; Nikon Action 8x40 CF
Nikon D600, Nikkor 80-200 1:2.8, Sigma 170-500 APO, Rubinar 500/5.6, MTO11CA, kilka innych zacnych szkiełek


Góra
 Profil E-mail  
 
Wyświetl posty z poprzednich:  Sortuj według  
Napisz nowy temat Odpowiedz  [ 14 posty(ów) ] 


Kto jest na forum

Użytkownicy przeglądający to forum: Brak zarejestrowanych użytkowników oraz 6 gości


Nie możesz zakładać nowych tematów na tym forum
Nie możesz odpowiadać w tematach na tym forum
Nie możesz edytować swoich postów na tym forum
Nie możesz usuwać swoich postów na tym forum
Nie możesz dodawać załączników na tym forum

Szukaj:
Skocz do:  
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group