Esențial pentru fuziune
Plantele de fuziune vor fi centralele care vor produce energie prin fuziune termonucleară . Mai multe tipuri de reactoare de fuziune nucleară sunt încă în studiu, dar cea mai dezvoltată tehnologie este în prezent legată de configurația de confinare magnetică tokamak . Având în vedere timpul de construcție necesar pentru tokterul ITER , este de așteptat ca acestea să fie operaționale în a doua jumătate a secolului XXI. Proiectarea reactorului de fuziune european DEMO a început în 2014 odată cu formarea consorțiului EUROfusion [1] .
Fuziunea termonucleară
Fuziunea termonucleară este fenomenul prin care doi atomi de lumină (de obicei izotopi de hidrogen ) se unesc pentru a forma un atom mai greu. Diferența față de fisiunea nucleară , care produce energie în centralele nucleare actuale , constă în faptul că aceasta din urmă produce energie din fisiunea (spargerea) atomilor grei (de obicei uraniu , plutoniu sau toriu ) în atomi mai ușori. Unul dintre punctele de interes particulare ale fuziunii în legătură cu fisiunea este dat de faptul că fuziunea nu produce deșeuri radioactive , ci doar atomi de heliu cu stabilitate nucleară ridicată, prin urmare, radioactivitatea fuziunii provine doar din utilizarea tritiului ( izotop al hidrogenului cu greutate atomică 3) și din activarea materialelor care înconjoară volumul în care este produsă energia.
Dintre diferitele reacții de fuziune posibile, cea mai atractivă și mai studiată este reacția DT ( Deuteriu - Tritiu) care produce un atom de heliu și un neutron .
Plasma
Probabilitatea apariției fuziunii ( secțiunea transversală a reacției DT) depinde de doi factori: energia cinetică a nucleilor atomici și energia potențială a câmpului electric generată de nucleu ( încărcată pozitiv). De fapt, cele două nuclee tind să se respingă reciproc datorită fenomenelor electrice, prin urmare, pentru a ajunge la contact, acestea trebuie să aibă o viteză relativă astfel încât energia cinetică să fie mai mare decât energia potențială a câmpului electric. Din acest motiv nucleele trebuie să aibă energii cinetice corespunzătoare celor ale temperaturilor de câteva sute de mii de grade, deci își asumă starea fizică a plasmei . Cea mai promițătoare metodă de confinare a plasmei pentru centralele electrice de fuziune din prima generație este izolarea magnetică, realizată printr-o structură de tip tokamak .
Caracteristicile generale ale plantelor
Instalațiile de fuziune au un cost considerabil de instalare (pentru ITER costurile preconizate sunt mai mari de 10 miliarde de euro [2] ), în timp ce costul combustibilului este foarte scăzut, prin urmare se estimează că costurile de funcționare vor fi semnificativ mai mici decât costurile de construcție. Având în vedere că costurile de construcție nu depind în mare măsură de dimensiuni, ar fi indicat să alegeți o producție de energie cât mai mare posibil. Cu toate acestea, pe baza unor considerente de risc, pentru a limita pierderile de energie de pe rețeaua electrică în caz de defecțiune a centralei, dimensiunea considerată cea mai potrivită nevoilor utilizatorilor este cea de 1 GW de energie electrică.
Componente centrale
Principalele componente ale unei centrale termo-nucleare de fuziune cu confinare magnetică sunt: vasul de vid , care conține plasma în condiții de vid extrem de ridicate, magneții destinați să genereze câmpul magnetic care este utilizat pentru confinarea plasmei, primul perete , care oprește nucleele de heliu ( particule alfa ) care se formează prin fuziunea nucleelor de deuteriu și tritiu, pătura în care sunt opriți neutronii generați de reacția DT, care sunt absorbiți de nucleii de litiu , care se transformă în tritiu și heliu, divertitorul , pe care sunt trimise nucleele grele care altfel ar otrăvi plasma.
Majoritatea acestor componente de la începutul secolului 21 sunt încă în studiu și vor fi toate testate în reactorul ITER , în construcție la Cadarache ( Franța ). În ITER există toate componentele indicate mai sus, cu excepția păturii care are doar funcții de protecție a vasului de vid și nu pentru producerea de tritiu, cu toate acestea este planificată testarea în ITER și a modulelor de pături generatoare de tritiu (generatoare de tritiu).
Ciclul combustibilului
În instalațiile de reacție DT este necesar să se furnizeze tritiu pentru reacția DT. De fapt, tritiul, având un timp de înjumătățire de aproximativ 12 ani, nu este disponibil la suprafața pământului, de aceea este necesară o pătură de tritiu, în care tritiul este obținut din reacția dintre litiul 6 și neutroni, care formează litiul 7 care se descompune în alfa și tritiu. Având în vedere că o parte din neutroni este absorbită de mediu, în special de materialele structurale, pe lângă litiu din pătură trebuie să existe și un multiplicator de neutroni ( beriliu sau plumb ).
Ciclul termic
Litiul prezent în pătură, prin absorbția neutronilor, care au energii cinetice de ordinul 14 MeV , se încălzește, deci trebuie refrigerat cu un fluid, care transferă aproximativ 70% din energia de reacție către un fluid refrigerant. Restul de 30% din energia de reacție este disipată în primul perete și în divertizor, practic în grosimi foarte reduse de material (pentru oțel sunt de aproximativ 25 mm), prin urmare cu puteri foarte mari pe unitate de suprafață.
În general, ciclurile de heliu sau de metal lichid sunt studiate, în afara Europei sunt de asemenea studiate ciclurile de apă.
Notă
- ^ Buget | EUROfusion , pe euro-fusion.org . Adus la 12 februarie 2015 (arhivat din original la 12 februarie 2015) .
- ^ Numere ITER , adresa URL consultată la 01/10/2012
linkuri externe
( RO ) Site-ul oficial ITER
( RO ) Site-ul oficial EUROfusion
