Reactor de fuziune nucleară

De la Wikipedia, enciclopedia liberă.
Salt la navigare Salt la căutare

În domeniul energetic și nuclear , un reactor de fuziune nucleară este un tip de reactor nuclear capabil să manipuleze o reacție de fuziune nucleară într-un mod controlat. [1] Până în prezent, nu există reactoare de fuziune capabile să producă continuu electricitate : singurele centrale existente sunt centrale experimentale care consumă mai multă energie electrică decât produc în general.

Există investiții uriașe în acest tip de reactor, deși se crede că primele centrale vor funcționa abia în jurul anului 2050. [2]

Opțiuni pentru confinarea plasmei de fuziune

În prezent sunt luate în considerare mai multe opțiuni pentru confinarea plasmatică prin fuziune:

  • Închiderea magnetică : aceasta este strategia principală. Cele mai bune performanțe au fost obținute în configurația tokamak , în experimentele JET și JT60-U ; [3] viitorul experiment ITER , încă departe de a fi un reactor pentru producerea de energie electrică, va trebui să ofere răspunsuri definitive cu privire la performanța realizabilă de un tokamak. O opțiune alternativă este configurația stellarator, studiată în experimentele WX-7 în Europa și LHD în Japonia. Configurația RFP nu mai este luată în considerare pentru un reactor, dar rămâne de interes pentru studii de turbulență și plasmă. Un reactor cu izolare magnetică poate funcționa continuu prin susținerea descărcării de plasmă prin încălzire suplimentară, cum ar fi încălzirea NBI sau undă (de exemplu, ECRH ).
  • Închiderea inerțială : Aceasta este o strategie mult mai puțin dezvoltată și secundară în cercetarea în scopuri civile de producție electrică. Prin utilizarea de lasere sau metode alternative. Fabrica care a demonstrat oficial validitatea tehnicii de confinare cu laser a fost American National Ignition Facility , care a generat mai multă energie decât a fost consumată pentru a o obține. Mașina Z din Laboratoarele Naționale Sandia exploatează forța Lorentz generată de trecerea curenților foarte mari pentru confinare (Z-pinch) și deține recordul pentru cea mai înaltă temperatură obținută vreodată în laborator. Ambele sisteme ar permite doar funcționarea pulsată, capsula de combustibil fiind înlocuită de zeci de ori pe secundă.

În prezent, numai Europa și-a dat o foaie de parcurs [4] către electricitatea de fuziune. Prin EUROfusion , [5] fondată în 2013, a început proiectarea unui reactor de confinare magnetică capabil să producă electricitate (DEMO), a cărui construcție va începe dacă ITER demonstrează producerea de energie termică cu un câștig net pe consumul de energie.

Evoluții actuale și viitoare

Printre diferitele proiecte de cercetare, cel mai ambițios în prezent este proiectul internațional ITER . Proiectul ITER își propune să dezvolte un reactor experimental capabil să susțină o reacție de fuziune nucleară timp de câteva minute. Proiectul ITER are un buget de 20 de miliarde de euro [6] și trebuie subliniat faptul că nu urmărește să producă electricitate direct, ci își propune să demonstreze capacitatea centralei de a susține o reacție nucleară controlată bazată pe fuziunea nucleară care produce mai multă energie decât îl consumi. [7]

Astăzi, construcția la scara 1: 1 a primului reactor de fuziune al proiectului ITER este în desfășurare la locul selectat din Cadarache din Franța și se așteaptă ca prima plasmă să fie produsă până în 2025. [8] [9]

Producția de energie electrică va fi delegată următorului proiect numit DEMO . DEMO va profita de experiența derivată din proiectul ITER și va integra reactorul cu toate infrastructurile necesare producției de energie electrică într-un mod eficient. Pentru a obține un randament energetic bun, reactorul proiectului DEMO va trebui neapărat să fie mai mare decât reactorul ITER, chiar dacă dimensiunile finale sunt încă în studiu.

După dezvoltarea proiectului DEMO, va fi posibilă proiectarea centralelor nucleare de fuziune pentru uz industrial care, prin urmare, iau în considerare și aspectele economice legate de construcția centralelor menționate anterior și care sunt, prin urmare, convenabile și din punct de vedere economic de vedere. Denumirea europeană provizorie a proiectului după DEMO este PROTO .

Beneficii

Reacția de fuziune nucleară produce, ca singurul tip de zgură, 4 He, care este un gaz inert și absolut neradioactiv (conform fizicii nucleare este cel mai stabil nuclid posibil), în plus, centralele nucleare de fuziune nu ar produce energie prin arderea combustibililor fosili și, prin urmare, nu ar polua atmosfera și, mai presus de toate, nu ar încuraja efectul de seră (de fapt, acestea nu ar avea emisii de pericol semnificativ). În plus, aceștia ar trebui să poată obține cantități mari de energie (dimensiunea preconizată pentru DEMO este de 1.000 MWe, pentru instalațiile ulterioare orientarea actuală nu trebuie să depășească această dimensiune numai din motive de infrastructură). Cel mai prost izotop care ar putea fi dispersat în mediul înconjurător este tritiul, care are un timp de înjumătățire de 12,3 ani, o perioadă foarte scurtă în comparație cu unii izotopi produși de instalațiile de fisiune care se pot înjumătăți în mii de ani.

Din punct de vedere al siguranței, centralele electrice de fuziune cu izolare magnetică, cum ar fi ITER și DEMO, nu au nicio posibilitate de a avea un comportament prin care reacția poate continua în absența izolației plasmatice. Acest lucru garantează foarte mult față de centralele de fisiune, care totuși se bazează pe reacții nucleare în care este posibil să existe o reacție în lanț .

Dezavantaje

Pentru a actualiza
Acest articol sau secțiune ar trebui revizuit și actualizat cât mai curând posibil .
Într-adevăr, se pare că această intrare conține informații învechite și / sau învechite. Dacă puteți, vă rugăm să ajutați la actualizarea acestuia.

Topirea necesită temperaturi de lucru foarte ridicate, atât de ridicate încât nu poate fi conținută în niciun material existent. Fuzionării plasmă apoi este limitată datorită ajutorul câmpurilor magnetice de intensitate foarte mare. Pe de altă parte, pentru a atinge temperaturile ridicate necesare declanșării și susținerii reacției, există diverse tehnici posibile. Una dintre cele mai promițătoare constă în concentrarea asupra plasmei în care trebuie să aibă loc reacția de fuziune fascicule de unde electromagnetice la frecvență înaltă, cu toate acestea mai mici decât frecvența luminii vizibile. Una dintre cele mai studiate probleme din 2007 este construirea antenelor necesare pentru a genera aceste grinzi în ITER. Toate acestea fac procesul dificil, complex tehnologic și costisitor.

Materialele care intră în reacție sunt deuteriul , ușor disponibil în natură, și tritiul , care, pe de altă parte, datorită perioadei sale scurte de degradare, nu este prezent în natură. Acest lucru implică faptul că este centrala care trebuie să genereze cantitatea de tritiu necesară pentru reacțiile nucleare care trebuie să producă energie (pentru ITER este de așteptat o cerere de tritiu de aproximativ 250 g / zi, în timp ce pentru DEMO, care trebuie să funcționeze continuu, cererea va fi semnificativ mai mare). Cu toate acestea, tritiul se obține cu ușurință prin reacția litiului cu un neutron. Prin urmare, una dintre componentele cheie ale viitoarei centrale electrice de fuziune va fi pătura , care este partea centralei în care neutronii de reacție

reacționează cu 6 Li pentru a forma tritiu

întrebarea care este cel mai bun mod de a folosi Li în pătură este complet deschisă și face obiectul studiilor în curs (2007) pentru DEMO. Deoarece trebuie să utilizeze neutronii generați de plasmă, pătura trebuie să fie cât mai aproape posibil de plasma însăși, astfel în cadrul volumului în care este generat vidul pentru a menține puritatea plasmei.

Cercetări privind fuziunea nucleară bor-proton de confinare cu laser

În 2004, oamenii de știință ruși, conduși de Vladimir Krainov , au reușit să producă o reacție de fuziune nucleară controlată declanșată de confinarea cu laser, între protoni (atomi de hidrogen fără un electron) și atomi de bor , la o temperatură de 1 miliard de kelvin , fără emisii de neutroni sau alte particule radioactive. Din păcate, energia necesară laserului o depășește cu mult pe cea produsă de reacție. [10] [11] [12] Spre sfârșitul anului 2014, oamenii de știință ai Laboratorului Lawrence Livermore din California, pentru un proiect diferit, deși bazat pe confinarea cu laser, au făcut un pas înainte interesant, dar limitat: așa cum au explicat în revistă Natura științifică, lovind containerul izotopilor, laserele au indus emisia de raze X, a căror energie a fost depășită de cea eliberată de izotopii înșiși; acest lucru încă nu ne permite să vorbim despre aprindere care ar avea loc atunci când energia produsă a atins sau a depășit acea cheltuială pentru a o produce.

Notă

  1. ^(RO) IUPAC Gold Book, „reactor nuclear”
  2. ^ Setul de decizii strategice pentru utilizarea fuziunii ca sursă de energie este cunoscut ca o cale rapidă : vezi de exemplu. site-ul ITER, http://www.iter.org/fast_track.htm Arhivat 24 octombrie 2008 la Internet Archive .
  3. ^ înregistrare realizată pentru valoarea Q, temperatura ionului și produsul triplu de fuziune , la www-jt60.naka.jaea.go.jp (arhivat din original la 23 februarie 2016) .
  4. ^ Romanelli, F., P. Barabaschi, D. Borba, G. Federici, L. Horton, R. Neu, și colab., O foaie de parcurs către realizarea energiei de fuziune. ( PDF ), 2012.
  5. ^ EUROfusion , pe euro-fusion.org .
  6. ^(EN) Matt McGrath, Deal Finalizat pe reactorul de fuziune , www.bbc.co.uk, (29 iulie 2010).
  7. ^ M. Shimada, DJ Campbell, V. Mukhovatov, M. Fujiwara, N. Kirneva, K. Lackner, M. Nagami, VD Pustovitov, N. Uckan și J. Wesley, editori, Progress in the ITER Physics Basis , Nuclear Fusion 47 (AIEA, Viena, 2007), S1-S414.
  8. ^(EN) Programul de timp al ITER Depus la 20 mai 2009 în Internet Archive . (Recuperat 30.04.2013)
  9. ^(EN) Programul proiectului ITER va fi afectat în vreun fel de dezastrul natural din Japonia?
  10. ^ ȘTIINȚE : Oamenii de știință ruși reușesc să producă o reacție de fuziune între protoni și atomii de bor fără emisia de neutroni și particule radioactive
  11. ^ VP Krainov Laser a indus fuziunea într-un amestec de bor-hidrogen
  12. ^ H. Horaa, GH Mileyb, M. Ghorannevissc, B. Malekyniac și N. Azizib Calea laser-optică către energia nucleară fără radioactivitate: Fuziune de hidrogen - bor prin blocuri de plasmă neliniare antrenate de forță

Alte proiecte

linkuri externe

Controlul autorității NDL ( EN , JA ) 01062240
Adus de la „ https://it.wikipedia.org/w/index.php?title=Reactor_nuclear_a_fusion&oldid=117395142 ”