Je to nesmírně obtížné, komplikované, technicky náročné a drahé. Ale i přesto se řada týmů po celém světě snaží zprovoznit fúzní energetiku. V první linii této vědeckotechnologické bitvy je v posledních letech i Čína se svým experimentálním tokamakem EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak). Nedávno si připsali další významný úspěch.
V průběhu čtyřměsíčního experimentu toto čínské umělé Slunce dosáhlo teploty elektronů v plazmatu přes 100 milionů stupňů Celsia. To je ve skutečnosti více než šestkrát vyšší teplota než v nitru Slunce. EAST rovněž dosáhl výkonu (heating power) 10 megawattů, což čínským operátorům a vědcům umožňuje zkoumat různé aspekty jaderné fúze přímo za chodu tokamaku.
Čína spustila EAST v roce 2006. Postavili ho v čínském institutu CASHIPS (Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences). Byl navržený jako experimentální zařízení, na němž si čínští i mezinárodní vědci mohou zkoušet různé teoretické a praktické věci. Stejně jako u ostatních experimentálních fúzních reaktorů dnešní doby je i konečným cílem tokamaku EAST praktická fúzní energetika.
EAST je tokamak, který má ve svých vnitřnostech kovový donut. V této sofistikované koblize nejprve vyčerpají veškerý vzduch a pak tam vpustí atomy vodíku. Tento vodík různými metodami zahřívají a vytvářejí tím plazma, které pak polapí a stlačí do magnetického pole generovaného výkonnými supravodivými magnety. Když je plazma dostatečně horké a stlačené, tak se v něm spustí slučování jader vodíku, tedy jaderná fúze. Fúzní energetika přijde ve chvíli, kdy se našim fúzním reaktorům bude dařit fúzní reakci dlouhodobě udržet a generovat více energie, než kolik spotřebuje jejich spuštění.
Při svém nejnovějším výkonu EAST udržel rekordní teplotu a hustotu plazmatu po dobu zhruba 10 sekund. Cílem nebyl jenom rekord sám o sobě, ale i výzkum řady dílčích aspektů fúze. Operátoři kombinovali čtyři různé metody ohřevu plazmatu a rozběhnutí fúzního procesu. Šlo o tzv. „lower hybrid wave heating“, při němž oscilují ionty a elektrony v plazmatu, „electron cyclotron wave heating“, které zahrnuje statické magnetické pole a vysokofrekvenční elektromagnetické pole, „ion cyclotron resonance heating“, čili urychlování iontů cyklotronem a „neutral beam ion heating“, spočívající v zavedení paprsku urychlených neutrálních částic do plazmatu.
Podle vyjádření CASHIPS teď tokamak EAST slouží ke zkoumání metod pro udržení teploty elektronů v plazmatu přes 100 milionů °C po delší dobu. Jejich výzkum by mohl pomoci vývoji pokročilých tokamaků jako je ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) na jihu Francie, čínský tokamak CFETR (Chinese Fusion Engineering Test Reactor) nebo výhledově plánovaná experimentální fúzní elektrárna DEMO (DEMOnstration Power Station).
Video: China Makes Breakthrough in Artificial Sun Research
Literatura
CASHIPS 13. 11. 2018.
Čínský drak se dere na špici vývoje jaderné fúze
Autor: Stanislav Mihulka (26.07.2015)
Čína hlásí nový fúzní rekord: V tokamaku drželi plazma 102 sekund!
Autor: Stanislav Mihulka (09.02.2016)
Tokamak SPARC nabízí levnější a rychlejší cestu k fúzní energii
Autor: Stanislav Mihulka (09.11.2018)
Diskuze:
Matoucí text
Pavel Hudecek,2018-11-17 14:32:02
"ion cyclotron resonance heating" rozhodně neznamená "čili urychlování iontů cyklotronem", jak se píše v článku.
Jde jen o to, že daná metoda ohřevu iontů využívá jev zvaný cyklotronová rezonance.
https://en.wikipedia.org/wiki/Cyclotron_resonance
Re: Matoucí text
Josef Hrncirik,2018-11-17 21:52:02
Překladem z čínštiny se skutečně úplně ztratila kaligrafická krása původního textu, rytmus, melodie a dokonce i rým.
Zamatlaný odlesk původní nádhery je možno najít pod DOI 10.1016/j.physleta.2018.03.006
Z něj lze tušit, že něco mezi p a ró v oslovském obr.3 není p, ale je to spíše ró
(tj. edge safety factor; ?poměr mezi 2 nejvýznamějšími složkami mag.(ického? toku)
v tokamaku, kde snadno udržovali plazma vysokého normalizovaného beta N.
Prý to není čínsky.
Pro uklidnění: tungsten radiation is stable during the discharges.
Měřilo se chování a parametry plazmo při různých typech a režimech ohřevu.
V cca až 6 s pulzech ohřevů byla elektronová i iontová teplota prakticky stejná, nejvýše 2 keV = 23,2 MK oproti barnumským oslovským 100 MK. 1 eV = 11,6 kK.
Termální tlak až 30 kPa; proudová hustota až 140 A/cm2; hustota e- až 5.10**19/m3; akumulovaná energie v plazmo cca 150 kJ.
Listopadové údaje jsou: 5.10**19 e-/m3; energie v plazma 300 kJ; 100 MK.
Této hustotě a teplotě odpovídá energie 2000 eV*5.10**19*96500 C/6,023*10**23=16 kJ/m3 pro e-; totéž pro ionty; celkem cca 32 kJ/m3 až 140 kJ při 100 MK; = U = p*V; p = cca 30 kPa jako v článku, ale ne 140 kPa ze 100 MK!
Jestliže naakumulovalo plazmo až spíše jen 150 kJ než 300, pak ho bylo cca 5 m3 a obsahovalo 2,5*10**20e-, tj. též fúze schopných atomů; pokud H, tak 0,41 mg ev. 1 mg směsi D+T. Pokud se při fúzi na 2e- uvolní až 17,6 MeV; je to cca 8800/2 keV x více = 4400x více = celkem 4400*5*32 kJ = 704 MJ. K zahřátí na max. potřebovali 10 MW příkon.
Kdyby to za těch podmínek fúzovalo, tak by to muselo kvantitativně zfúzovat do cca 70 s.
Iter plánuje iontovou teplotu 8 keV; elektronovou 8,8; příkon ohřevu 40 MW; výkon fúze 400 MW; dobu hoření 400 s;
Zapomněli však v krátké tabulce uvést objem plasmo či jeho hmotu (tlak by byl cca 5,4 atm, hustota 0,2 mg směsi D+T /m3)
a hlavně stupeň vyhoření po pouhých 400 s!
Lawson opět upadl do mrtvolného zimního spánku
Josef Hrncirik,2018-11-18 11:40:40
visionofearth.org (o Lawson criterion píší)
confinement time (doba obměny energie plazma) tE = W/Ploss = energie v plazma/ztrátový výkon do okolí; EAST prý až 300 kJ/10 MW = 0,03 s; spíše asi jen 150 kJ/10 MW pokud by plazma bylo izotermické; určitě je tedy menší než 0,01 s (Prométheúv oheň je příliš ochlazován ledovými stěnami a proto se nedá zapálit tak snadno jako Reichstag).
Pro zapálení a chvilkové hoření je zapotřebí aby se fúzní výkon alespoň rovnal ztrátě.
Pro nejlépe zapalitelnou směs D+T je kupodivu optimální teplota hoření cca 25 keV tj. 290 MK. Pro zapálení při ní pak musí být součin koncentrace elektronů a doby obměny (zdržení) energie větší než 1,5.10**20 s/m3.
Protože podle naměřeného tlaku cca 30 kPa tam při snad 5.10**19 e/m3 byla teplota asi jen 2 keV, kdy Lawsonovo kritérium je cca 2.10**22 s/m3;
kriteriu pouhého zapálení se přiblížili pravděpodobně jen na 5.10**19.0,01/2.10**22 = cca 25 ppm.
Jiří Dimitrov říkal: kostík ničím nenahradíš;
Jára da Zimmermann: budoucnost patří triethylaluminiu
Re: Mámivá bludička "confinement time" láká již unavené pocestné do bažiny
Josef Hrncirik,2018-11-22 16:40:45
Lawson a fyzici pochopitelně vědí, že to je jen laciná náhražka pro obtížně dostupný či vypočitatelný podíl tepelné kapacity sotva skomíravě hořící plazma a energetické ztráty (ztráceného výkonu) z něj (skomírající vrstvičky("jádra plazma"). Vztáhnout energii i na neskomírají část (jiné hustoty a teploty) je principiálně a zásadně chybné (zde např. cca? 300 kJ energie v celém? plazma, navíc spolehlivě hasícím.
Asi se dá rozumně stanovit až když to sichrově hoří v různých režimech.
Mne by
Mojmir Kosco,2018-11-16 07:40:22
Spíš zajímalo jake konkrétní výsledky tento pokus ukázal a jak se liší od zjištění při nižších teplotách třeba 50 mil.
Re: Re: Mne by
Florian Stanislav,2018-11-16 10:21:49
W= sigma*T^4.
Dvojnásobná teplota, čtyřnásobné vyzařování ( tepelné ztráty), malý krok pro teplotu, velký krok pro energii.
Re: Re: Re: Re: Mne by
Florian Stanislav,2018-11-16 17:38:41
Díky, moje chyba. Dvojnásobná teplota odpovídá 16x větší vyzařování. Chtěl jsem ukázat, že zvyšování teploty je problém nejen materiální, ale i hodně energetický.
Příliš složité
Josef Šoltes,2018-11-15 23:47:54
Já si nemůžu pomoct, mě tokamaky přijdou šíleně složité a jako takové zákonitě extrémně nespolehlivé. Jestli fúzi někdy opravdu ovládneme, bude to podle mě pomocí zařízení jako se snaží vytvořit ve společnosti generalfusion.com.
Re: Příliš složité
Petr Kr,2018-11-16 07:21:12
A to jste ještě neviděl, jak se vaří pivo. To je teprve proces!!! A hle, ono to lidstvo zvládá už stovky let. Taky by se dalo říci, proč to děláme, když výroba vína je jednodušší.
Re: Příliš složité
Pavel Hudecek,2018-11-17 13:50:04
Mě se třeba zas líbí lineární inerciální fúze vyvíjená v Sandia national laboratory (jestli to za Obamy nezatrhli). Která z metod, či jiná a zda vůbec nějaká, se v praxi uplatní, je ovšem poněkud nejisté.
Běžně se stává, že u jednoduchých věcí se nakonec najde tolik komplikací, že ty od počátku komplikované jsou nakonec jednodušší:-)
Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-15 22:24:12
Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Petr Kr,2018-11-16 07:17:00
A nenapoví nám obrázek 3, kde je na ose x ro (poměrná hustota) a na ose y Te (teplota elektronů). Zdá se, že ke 100mil se hodí cca 0,01. To je asi 1% tlak.
Re: Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-16 07:43:23
Výborně.
Když dosahují požadované hustoty tak podle grafu již nehrozí popálení od elektronů.
Není fenomenální úspěch protřelých čínských vědců způsoben tím, že udávají jen teplotu elektronů?
Heating power uvádí 10 MW. V ustáleném stavu to jsou čisté ztráty. Za 10 s by prohýřili 100 MJ.
Ve videu tvrdí, že plazma akumulovalo 300 kJ energie. Určitě chtěli minimálně 300 Mt
TNT.
Ohřívají i atomy v plazma?
Nebo jen elektrony a nádobu?
Nebo to nestojí za řeč?
Určitě si zaslouží vánoční prémie!
Lawsona zajímal jen trojný produkt!
Východ je rudý.
Re: Re: Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-16 07:52:28
Plazmo currant? was 13 MA.
Z toho a 10 MW plyne velmi bezpečné napětí 0,76 V.
Re: Re: Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-16 08:02:43
Graf mi velmi připomíná izobarickou závislost hustoty plynu na teplotě (Gay
Lussacův zákon)
Re: Re: Re: Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-16 08:23:26
Chvíli mi trvalo než jsem se naučil číst rozsypaný čínský čaj.
To plazmo mělo elektronovou hustotu až 5 Te/m3, tj. koncentraci 8,3 pmol/m3 či tlak elektronů 6,9 mPa, tj. celkem až cca 14 mPa.
Lawson přestal rotovat.
Čínský umělý Měsíc aspoň prorazí ionosféru i stratosféru
Josef Hrncirik,2018-11-16 08:27:09
Budou to Dlouhé Pochody.
Na východě sílí jasně bílá záře
Josef Hrncirik,2018-11-16 09:52:37
Ve zprávě CAS z rozsypaného čaje jasně vystupuje nikoliv nejasných rozplihlých 5 Te/m3,
ale revolučních nekompromisních 50 Ee/m3; tj koncentrace i tlaky je 10 M zajímavější.
Lawson překonává kritické otáčky.
Re: Na východě sílí jasně bílá záře
Josef Hrncirik,2018-11-16 11:14:00
Tlak v plasmo dosahuje max. 22,4 psi.
To PRC magnetické pole spolehlivě udrží.
Re: Re: Na východě sílí jasně bílá záře
Pavel Hudecek,2018-11-17 14:32:58
Fuj! Psí jednotky nemám rád:-)
Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Kuba N,2018-11-16 10:58:54
nevíte někdo prosím, kolik materiálu se v tokamacích řádově používá? gramy, mikrogramy, nebo ještě méně?
Re: Re: Nechce se mi hledat tlak nebo koncentrace atomů v plazma. Ve videu to tutlají.
Josef Hrncirik,2018-11-16 11:30:16
pakliže je tam cca 50 Ee/m3, tj. 50 E atomů H/m3, je tam 83 ug H/m3;
tj. cca 208 ug D+T /m3; Pokud je objem cca 100 m3 je tam cca 8 mg H2 či 20 mg D + T.
Re: Nadpis:
Josef Hrncirik,2018-11-16 17:39:03
Deuterium a tritium si šetří do bomb. Při prvních kontrolních testech stačí použít vodík či směs s He (popelem reakce). Není ale úplně vyloučeno, že se nebudou s D a T zdržovat a jednoduše okopčí reakci na Slunci.
Re: Nadpis:
Florian Stanislav,2018-11-16 17:56:47
Plánovaný ITER
https://cs.wikipedia.org/wiki/ITER
"Palivem pro tento reaktor by měla být dávka cca 0.5 g směsi deuteria a tritia. "
Článek píše :"pak tam vpustí atomy vodíku. Tento vodík různými metodami zahřívají a vytvářejí tím plazma, které pak polapí a stlačí do magnetického pole generovaného výkonnými supravodivými magnety. Když je plazma dostatečně horké a stlačené, tak se v něm spustí slučování jader vodíku, tedy jaderná fúze."
Běžně pojmem vodíkem myslí izotop 1H (protium), ale jaderné fúze mají pracovat se směsi izotopů vodíku deuteria a tritia.
Termojaderná reakce 1H na helium uvnitř Slunce (asi 15 milionů K) probíhá kontinuálně za zcela jiných podmínek. Je tam vysoký tlak a velké množství vodíku. Foton se pohlcuje a vyzařuje a údajně se dostane za rok asi o 50 m blíž k okraji Slunce.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
