Badania w dziedzinie fuzji  jądrowej

Po  pięćdziesięciu latach badań został osiągnięty duży postęp naukowy i  technologiczny w zakresie fuzji jądrowej. Plazma o temperaturze setek milionów  stopni jest poddawana różnego typu eksperymentom w dużych urządzeniach  fuzyjnych.

JET - The Joint European Torus

Laboratorium  JET w Culham w Wielkiej Brytanii jest głównym europejskim ośrodkiem badawczym w  dziedzinie fuzji. Na tokamaku JET przeprowadza się najważniejsze eksperymenty  nie tylko w Europie ale i na świecie. Stał się on wyróżniającym się  laboratorium na skalę światową i zapewnił krajom europejskim przodujące miejsce  w dziedzinie badań nad fuzją jądrową. W ponad dwudziestu krajach członkowskich  Unii Europejskiej znajdują się mniejsze urządzenia fuzyjne, na których  przeprowadzane są eksperymenty komplementarne. Poza Europą największe tokamaki  znajdują się w Japonii – JT-60 oraz w Stanach Zjednoczonych, w Princeton –  TFTR.   Projekt  JET został zaakceptowany w 1974 roku, zaczął działać w 1983 i do roku 1990  wykonał zadanie do którego został powołany. Od 1990 roku  w nowym programie badawczym, JET jest  wykorzystywany do międzynarodowych eksperymentów w zakresie fuzji jądrowej.

about research clip image001

Ilustracja 1: Widok komory plazmowej tokamaka JET (the Joint European Torus)  zlokalizowanego w Culham, Wielka Brytania.

W tokamaku JET, w  krótkich impulsach charakterystycznych dla tego typu urządzeń, udało się  wytworzyć dużą moc reakcji fuzji deuteru i trytu, wynoszącą około 16 MW.  Zdołano osiągnąć warunki bliskie ‘break-even’   kiedy moc wyjściowa jest równa mocy wejściowej, potrzebnej do  zapoczątkowania reakcji fuzji. Ponadto JET zademonstrował, że tokamak  wykorzystujący tryt jako paliwo, może działać bezpiecznie a substancje  radioaktywne mogą być obsługiwane za pomocą urządzeń zdalnej manipulacji.

Przyszłość badań w dziedzinie fuzji jądrowej

Chociaż  JET jest obecnie największym, działającym urządzeniem badającym fuzję jądrową,  jest jednak zbyt mały aby generować więcej energii niż sam potrzebuje do pracy:  aby wytworzyć moc 16 MW potrzebuje mocy wejściowej równej 25 MW. Kryje się za  tym podstawowe prawo fizyki: mała rzecz chłodzi się szybciej niż większa – zupa  na łyżce schładza się szybciej niż w dużym rondlu. Dlatego logiczne jest  budowanie większych urządzeń, w których utrzymywanie gorącej plazmy jest  łatwiejsze. Następnym krokiem w kierunku badań nad fuzją jest tokamak ITER o  dwukrotnie większych rozmiarach niż JET. ITER jest zaprojektowany do osiągania  mocy 500 MW, dziesięć razy większej niż potrzebna do utrzymania plazmy.

Następny krok ITER

ITER  jest największym, światowym eksperymentem, w którym zademonstrowane zostaną  możliwości naukowe i technologiczne wykorzystania reakcji fuzji jądrowej do  produkcji energii na Ziemi. Tokamak ITER umożliwi badanie plazmy w warunkach  zbliżonych do warunków w przyszłych elektrowniach plazmowych. W ITERze zostanie  przetestowanych kilka kluczowych technologii takich jak podgrzewanie plazmy,  diagnostyka, zdalna obsługa i kontrola plazmy. Będą one używane w przyszłej  elektrowni plazmowej. Więcej informacji na temat ITERa można znaleźć na  stronach: www.efda.org/the_iter_project oraz www.iter.org

about research clip image002 

Ilustracja 2: Tokamak ITER. Postać człowieka, w dolnej części rysunku, pokazuje rozmiary urządzenia.

Projekt  ITER został zainicjowany w latach osiemdziesiątych XX wieku w rozmowach dwóch  byłych przywódców państw Reagana i Gorbaczowa. Obecnymi partnerami projektu są:  Unia Europejska, Japonia, Rosja, Chiny, Korea, Indie i Stany Zjednoczone.  Oznacza to, że ponad połowa ludności świata jest reprezentowana w projekcie.   ITER  będzie tokamakiem, w którym plazma znajduje się w komorze o kształcie  pierścienia i jest utrzymywana za pomocą silnego pola magnetycznego (patrz  ilustracja). W porównaniu z przyszłą elektrownią plazmową ITER będzie  gabarytowo mniejszy a jego moc wyjściowa będzie również około pięć razy  mniejsza od rzeczywistej elektrowni plazmowej. Sprawdzone w nim zostaną  wszystkie niezbędne technologie fuzyjne.

W kierunku elektrowni plazmowej: DEMO

Badania  w dziedzinie fuzji nie zakończą się na projekcie ITER. Będzie on pomostem do  pierwszej demonstracyjnej elektrowni plazmowej, która będzie dostarczać energię  elektryczną do sieci. Główny, dalekowzroczny cel badań fuzyjnych w Europie to  budowa prototypu elektrowni plazmowej, która zademonstruje bezpieczną,  przyjazną środowisku i ekonomicznie opłacalną produkcję energii elektrycznej.   Plan  strategiczny osiągnięcia tego, daleko sięgającego w przyszłość celu zawiera  kilka elementów:

  1. Prace  nad tokamakiem ITER
  2. Eksperymentalna  elektrownia plazmowa DEMO, która zademonstruje produkcję energii elektrycznej  na szeroką skalę – przy budowie i pracy DEMO wykorzystane będą doświadczenia z  ITERa
  3. Budowa  pierwszej komercyjnej elektrowni plazmowej
Początek strony