Ядерные реакции
<<  Типы дрейфовых движений частиц в плазме термоядерных установок типа токамак Статус современной ядерной физики  >>
Термоядерный синтез основа энергетики будущего
Термоядерный синтез основа энергетики будущего
Виды производства энергии
Виды производства энергии
Энергетика будущего
Энергетика будущего
Физические основы управляемого термоядерного синтеза
Физические основы управляемого термоядерного синтеза
Скорость реакций
Скорость реакций
Ядерный синтез
Ядерный синтез
Способы осуществления
Способы осуществления
Критерий Лоусона
Критерий Лоусона
2. Стационарные или квазистационарные системы, основанные на магнитном
2. Стационарные или квазистационарные системы, основанные на магнитном
Топливный цикл термоядерного реактора
Топливный цикл термоядерного реактора
Магнитное удержание плазмы
Магнитное удержание плазмы
Дрейф частиц
Дрейф частиц
Токамак
Токамак
Физические ограничения для плазмы
Физические ограничения для плазмы
Время удержания
Время удержания
Итэр
Итэр
Стелларатор
Стелларатор
Модульные магнитные катушки СТЕЛЛАРАТОРа
Модульные магнитные катушки СТЕЛЛАРАТОРа
Удержание энергии
Удержание энергии
Основные параметры строящихся СТЕЛЛАРАТОРов
Основные параметры строящихся СТЕЛЛАРАТОРов
Открытые системы для магнитного удержания плазмы
Открытые системы для магнитного удержания плазмы
Низкое время жизни плазмы в адиабатической ловушке плазма в прямых
Низкое время жизни плазмы в адиабатической ловушке плазма в прямых
Импульсные системы
Импульсные системы
Драйверы для инерционного управляемого синтеза
Драйверы для инерционного управляемого синтеза
Импульсные системы
Импульсные системы
Основные параметры крупнейших лазерных установок для обжатия
Основные параметры крупнейших лазерных установок для обжатия
Параметры лазера
Параметры лазера
Требования к материалам и радиационная безопасность термоядерных
Требования к материалам и радиационная безопасность термоядерных
Радиационная безопасность термоядерных реакторов
Радиационная безопасность термоядерных реакторов
Заключение
Заключение

Презентация: «Термоядерный синтез основа энергетики будущего». Автор: Артём. Файл: «Термоядерный синтез основа энергетики будущего.ppt». Размер zip-архива: 971 КБ.

Термоядерный синтез основа энергетики будущего

содержание презентации «Термоядерный синтез основа энергетики будущего.ppt»
СлайдТекст
1 Термоядерный синтез основа энергетики будущего

Термоядерный синтез основа энергетики будущего

Термоядерный реактор

2 Виды производства энергии

Виды производства энергии

Альтернативные источники энергии: Солнечная энергия, энергия ветра, выращивание и сжигание биомассы, ГЭС, АЭС

Органическое топливо (уголь, нефть, природный газ)

Прогнозируется, что производство электроэнергии к 2050 году возрастет до 1021 Дж в год, а выбросы в атмосферу составят 17млн т углекислого газа и др.

3 Энергетика будущего

Энергетика будущего

Энергия ветра Сжигание биомассы Солнечная энергия и др. Ядерные реакции деления Управляемый термоядерный синтез

Базовая энергетика

Переменная составляющая потребления энергии

Отсутствие долгоживущих радиоактивных отходов Огромные запасы топлива

Преимущества термоядерного синтеза:

4 Физические основы управляемого термоядерного синтеза

Физические основы управляемого термоядерного синтеза

*

* 1 эВ = 1.6 ·10 –19 Дж = 11600 °К

Ядерные реакции, представляющие интерес для управляемого термоядерного синтеза

5 Скорость реакций

Скорость реакций

Сечения некоторых термоядерных реакций из таблицы , как функция энергии частиц в системе центра масс.

6 Ядерный синтез

Ядерный синтез

Новое ядро

Заряженные ионы

Нагрев до температуры порядка Т = 108 °К.

Частица с большой энергией

Кулоновская сила

Расстояние порядка ядерных взаимодействий

7 Способы осуществления

Способы осуществления

1.Бомбардировка мишени

Быстрые ионы из ускорителя, Е=100кеВ

Дейтеривая мишень

8 Критерий Лоусона

Критерий Лоусона

Объемная плотность выделения энергии в реагирующей смеси: Pfus = q n1 n2 K(T) n1 n2 - объемные концентрации реагирующих компонент, Т - температура реагирующих частиц и q - энергетический выход реакции За высокую температуру смеси приходиться платить дополнительными энергетическими расходами. Нужно учесть тормозное излучение, испускаемое электронами при столкновении с ионами: Для положительного выхода необходимо, чтобы термоядерная мощность превышала мощность дополнительных потерь, Pfus > 3nТ / tE, что дает условие на минимальное произведение плотности на время жизни плазмы, ntE. Например, для DT-реакции необходимо, чтобы ntE > 5 ·1019 s/m3 -критерий Лоусона (для других реакций на один-два порядка выше, чем для DT-реакции)

9 2. Стационарные или квазистационарные системы, основанные на магнитном

2. Стационарные или квазистационарные системы, основанные на магнитном

удержании горячей плазмы

• ТОКАМАКи СТЕЛЛАРАТОРы ? Магнитные зеркала

Область с положительным выходом ядерной реакции на плоскости T - ntE. Показаны достижения различных экспериментальных установок по удержанию термоядерной плазмы.

10 Топливный цикл термоядерного реактора

Топливный цикл термоядерного реактора

Получение трития: Li6 + n = He4 + T Li7 + n = He4 + Т + n

Реактор с электрической мощностью 1 ГВт будет сжигать около 100 кг дейтерия и 300 кг лития в год

D + T = He4 + n Бланкет: Ве9 + n = 2Не4 + 2 n

11 Магнитное удержание плазмы

Магнитное удержание плазмы

Токамак

Схема принципиальных узлов ТОКАМАКа

12 Дрейф частиц

Дрейф частиц

Примеры дрейфовых движений: Градиентный дрейф (магнитное поле меняется поперек своего направления) Центробежный дрейф (магнитное поле меняется по направлению) Дрейф в скрещенных электрическом и магнитном полях

Рис.1. Градиентный дрейф

Рис.2. Центробежный дрейф

Рис.3. Дрейф в скрещенном и магнитном полях

13 Токамак

Токамак

Основные параметры больших экспериментальных ТОКАМАКов

ТОКАМАК TFTR, уже, выполнил свою программу и был остановлен в 1997 г. Остальные машины продолжают работать.

Сечение современного ТОКАМАКа DIII-D с вытянутой по вертикали плазмой и диверторной магнитной конфигурацией

14 Физические ограничения для плазмы

Физические ограничения для плазмы

где ? выражено в %, Ip – ток, протекающий в плазме и ?N - безразмерная константа, называемая коэффициентом Тройона. Параметры в (5) имеют размерность МА, Тл, м.

Предельные значения ?, полученные в различных ТОКАМАКах

15 Время удержания

Время удержания

Зависимость экспериментально наблюдаемого энергетического времени жизни от предсказанного скейлингом ITER-97(y). Среднестатистическое отклонение экспериментальных точек от скейлинга 15%. Разные метки соответствуют различным ТОКАМАКам и проектируемому ТОКАМАКу-реактору ИТЭР [40].

Этот скейлинг предсказывает, что ТОКАМАК, в котором будет происходить самоподдерживающееся термоядерное горение, должен иметь большой радиус 7-8 м и плазменный ток на уровне 20 МА. В таком ТОКАМАКе энергетическое время жизни будет превышать 5 секунд, а мощность термоядерных реакций будет на уровне 1-1.5 ГВт.

16 Итэр

Итэр

Основные параметры первого экспериментального термоядерного ТОКАМАКа-реактора, ИТЭР

17 Стелларатор

Стелларатор

Это магнитная ловушка с замкнутыми магнитными поверхностями, но, в отличие от ТОКАМАКа, полоидальное магнитное поле, образующее магнитные поверхности, создается в СТЕЛЛАРАТОРе с помощью внешних витков, а не током, протекающим по плазме.

Основные элементы конструкции СТЕЛЛАРАТОРа на примере строящегося в Японии СТЕЛЛАРАТОРа LHD

18 Модульные магнитные катушки СТЕЛЛАРАТОРа

Модульные магнитные катушки СТЕЛЛАРАТОРа

19 Удержание энергии

Удержание энергии

Время жизни.

Сравнение времени удержания энергии в СТЕЛЛАРАТОРах и времени удержания энергии в L-моде ТОКАМАКов Наблюдаемое время жизни показано, как функция эмпирического скейлинга для времени удержания в СТЕЛЛАРАТОРе, ISS95.

20 Основные параметры строящихся СТЕЛЛАРАТОРов

Основные параметры строящихся СТЕЛЛАРАТОРов

Достоинства и недостатки СТЕЛЛАРАТОРов по сравнению с ТОКАМАКами: 1 не требует сложных методов поддержания плазменного тока для ее стационарной работы 2 сложная магнитная конфигурация 3 требует гораздо больших размеров, чем ТОКАМАК реактор из-за отсутствия режима работы с дивертором

21 Открытые системы для магнитного удержания плазмы

Открытые системы для магнитного удержания плазмы

Магнитные зеркала или магнитные ловушки

22 Низкое время жизни плазмы в адиабатической ловушке плазма в прямых

Низкое время жизни плазмы в адиабатической ловушке плазма в прямых

аксиально-симметричных ловушках неустойчива и выбрасывается поперек магнитного поля

Недостатки открытых систем удержания частиц

Среди систем для магнитного удержания плазмы, в настоящее время, лидируют ловушки с замкнутыми магнитными поверхностями – ТОКАМАКи и СТЕЛЛАРАТОРы. Предполагается, что следующим шагом в этом направлении будет экспериментальная машина, обладающая всеми чертами термоядерного реактора и способная работать в режиме термоядерного горения. Предполагается, что подобная установка - ТОКАМАК ИТЭР - будет построена в 2010-2011 гг.

23 Импульсные системы

Импульсные системы

M=5мг r=1,5-2мм qfus=6*108, что соответствует 100 кг в тротиловом эквиваленте

Мишень для инерционного синтеза состоит из полой оболочки (1), слоя твердой замороженной ДТ смеси (2) и ДТ газа низкой плотности в центре мишени (3).

24 Драйверы для инерционного управляемого синтеза

Драйверы для инерционного управляемого синтеза

Схема облучения мишени в холрауме для лазерного излучения (а) и пучков тяжелых ионов (b). Лазерное излучение направляется в холраум через небольшие отверстия и нагревает стенки кожуха, изготовленные из материала с большим Z, которые испускают мягкое рентгеновское излучение

25 Импульсные системы

Импульсные системы

Фотография в рентгеновских лучах холраума, освещенного десятью лучами лазера NOVA. Мишень находится внутри кожуха и поэтому не видна

26 Основные параметры крупнейших лазерных установок для обжатия

Основные параметры крупнейших лазерных установок для обжатия

термоядерных мишеней

27 Параметры лазера

Параметры лазера

На рисунке показаны границы области на плоскости плотность мощности - длина волны лазеров, пригодных для обжатия мишеней.

Область на плоскости параметров, в которой лазеры способны осуществлять обжатия термоядерных мишеней (заштрихована)

28 Требования к материалам и радиационная безопасность термоядерных

Требования к материалам и радиационная безопасность термоядерных

реакторов

1) Материалы первой стенки и бланкета должны работать в течение нескольких десятков лет в условиях высокой температуры и нейтронного облучения с полным флюенсом 14.1 МэВ-ных нейтронов до 15 МВт лет/м2. 2) Сплавы и композитные материалы не должны содержать элементов, которые под действием нейтронов превращаются в долгоживущие радиоактивные изотопы. После прекращения работы реактора их радиоактивность должна снижаться до уровня "hands on lavel" в течении нескольких десятков лет. 3) Материалы должны быть химически совместимы с теплоносителем и материалами воспроизводящими тритий, такими как литий.

29 Радиационная безопасность термоядерных реакторов

Радиационная безопасность термоядерных реакторов

Уровень радиоактивности в зависимости от времени после остановки реактора. Различные кривые соответствуют разным материалам, используемым в горячей зоне термоядерного реактора. Верхняя кривая соответствует реактору деления на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем.

30 Заключение

Заключение

Таким образом, термоядерная энергетика - это потенциальный кандидат для базовой энергетики будущего. Термояд имеет практически неограниченные запасы топлива и других материалов, используемых при производстве энергии. Существует принципиальная возможность создания низкоактивируемых конструкционных материалов, которые будут "остывать" за время нескольких десятков лет и затем смогут быть переработаны и использованы вновь. Безопасность термоядерного реактора на много порядков превосходит безопасность ядерных электростанций деления. Основным недостатком термоядерных реакторов является технологическая сложность осуществления самоподдерживающейся термоядерной реакции. Системы с магнитным удержанием требуют огромных сверхпроводящих магнитных катушек, глубокого вакуума и чистоты стенок реактора, умения утилизировать высокие тепловые и нейтронные потоки, дистанционного обслуживания реактора. Импульсные системы требуют развития эффективных драйверов, способных сконцентрировать мощности свыше 1014 Вт/см2 и равномерно облучать миллиметровые мишени, изготовленные с большой точностью.

«Термоядерный синтез основа энергетики будущего»
http://900igr.net/prezentacija/fizika/termojadernyj-sintez-osnova-energetiki-buduschego-92416.html
cсылка на страницу

Ядерные реакции

15 презентаций о ядерных реакциях
Урок

Физика

134 темы
Слайды
900igr.net > Презентации по физике > Ядерные реакции > Термоядерный синтез основа энергетики будущего