WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаФізика → Термоядерна енергія - Реферат

Термоядерна енергія - Реферат


Реферат на тему:
Термоядерна енергія
Зміст
1 Основні принципи реакції ядерного синтезу
2 Реакція синтезу в якості промислового джерела електроенергії
3 Радіоактивні відходи комерційної реакції синтезу
4 Вартість електроенергії в порівнянні з традиційними джерелами
5 Доступність комерційної енергії ядерного синтезу
6 Конструкція електростанції
7 Цикл пального
Сонце є природнім термоядерним реактором
Термоядерна енергія - це енергія у деякій придатній до використання формі, як правило це електрика, джерелом якої є реакція термоядерного синтезу. Із строго технічної точки зору більшість генерованої електроенергії є неявною формою термоядерної енергії, оскільки Сонце є величезним природнім термоядерним реактором, та практично всі горючі копалини на Землі є акумульованою сонячною енергією. Однак у вузькоспеціальному значенні термін використовується стосовно енергії що продукується під час штучно підтримуваної реакції термоядерного синтезу. На сьогоднішній день жодного термоядерного електрогенератора не існує, хоча інтенсивні експерименти тривають.
Основні принципи реакції ядерного синтезу
Реакція синтезу полягає у наступному: беруться два або більше атомних ядра та із застосуванням деякої сили зближуються настільки, що сили що діють на таких відстанях переважають сили електромагнітного відштовхування між однаково зарядженими ядрами, внаслідок чого формується нове ядро. Воно матиме дещо меншу масу аніж сума мас вихідних ядер, а різниця стає енергією що виділяється в процесі реакції. Скільки енергії виділяється описує відома формула E=mc?. Легші атомні ядра простіше звести на потрібну відстань, тому водень, найпоширеніший елемент у Всесвіті, є найкращим пальним для реакції синтезу.
Встановлено, що суміш двох ізотопів водню, дейтерію та тритію, вимагає найменше енергії для реакції синтезу в порівнянні з енергією що виділяється під час реакції. Однак, хоча суміш дейтерію та тритію (D-T) є предметом більшості досліджень синтезу, вона в жодному разі не є єдиним видом потенційного пального. Іінші суміші що розглядаються можуть бути простішими у виробництві, їх реакція може бути надійніше контрольованою, або, важливіше, продукувати менше нейтронів. Особливе зацікавлення викликає останнє, так зване анейтронне пальне, оскільки успішне промислове використання саме такого пального означатиме відсутність довготривалого радіоактивного забруднення матеріалів та конструкції реактору, що в свою чергу би позитивно вплинуло на громадську думку та на загальну вартість експлуатації реактору, суттєво зменшуючи затрати на його декомісування. Проблемою залишається те, що реакція синтезу із використанням альтернативних видів пального набагато складніше підтримувати, тому D-T реакція вважається необхідним першим кроком.
Реакція синтезу в якості промислового джерела електроенергії
Комбіноване зображення зсередини Joint European torus, коли він вимкнутий, зліва, та працює, справа.
З ряду причин, енергія синтезу розглядається багатьма дослідниками в якості "природного" джерела енергії у довготривалій перспективі. Прихильники комерційного використання термоядерних реакторів для виробництва електроенергії наводять наступні аргументи на їх користь:
" Практично невичерпні запаси пального (водень)
" Пальне можна видобувати із морської води будь-де на узбережжі в світі, що робить неможливим монополізацію пального однією чи групою країн
" Неможливість некерованої реакції синтезу
" Відсутність продуктів згоряння
" Немає необхідності використовувати матеріали що можуть бути використанні для виробництва ядерної зброї, таким чином виключається випадки саботажу та тероризму
" В порівнянні з ядерними реакторами, незначна кількість радіоактивного сміття із коротшим періодом напіврозпаду.
Оцінюють, що наперсток наповнений дейтерієм продукує енергію еквівалентну 20 тонам вугілля. Озеро середнього розміру в змозі забезпечити країну енергією на сотні років. Однак слід зауважити, що існуючі дослідницькі реактори спроектовано для досягнення простішої дейтерій-тритієвої (D-T) реакції, цикл пального якої вимагає використання рідкоземельного металу літію для виробництва тритію, тоді як заяви про невичерпність енергії стосуються використання дейтерій-дейтерієвої (D-D) реакції у другому поколінні реакторів.
Так само як і реакція ділення, реакція синтезу не продукує атмосферне забруднення, що є головним внеском у глобальне потепління. Це є значною перевагою, оскільки використання горючих копалин для виробництва електроенергії має наслідком те, що, наприклад у США виробляється 29 кг CO2 (один із основних газів що сприяють глобальному потеплінню) на жителя США на день.
Радіоактивні відходи комерційної реакції синтезу
Реакція синтезу також продукує суттєво меншу кількість радіоактивного сміття ніж реакція ядерного поділу що використовується у існуючих атомних електростанціях. Слід, однак, зауважити, що у незаперечній формі це стосується продуктів самої реакції: єдиний побічний продукт D-T реакції це нейтральний гелій, а D-D реакція продукує незначну кількість слабо-радіоактивного тритію, період напіврозпаду котрого складає всього 12 років. Стосовно загальної кількості радіоактивних відходів, багато залежить від типу використовуваного пального, використовуваних конструктивних матеріалів. Особливістю як D-T так і D-D реакцій є інтенсивне нейтронне випромінювання, котре має властивість активувати матеріали, роблячи радіоактивним сам реактор, що, можливо, означатиме десятки тисяч тон радіоактивних відходів. У дослідженні на замовлення Офісу в Справах Науки і Техніки Британського Парламенту, наводиться оцінка, що загальний об'єм радіоактивних відходів буде порівняльним із звичайними ядерними реакторами, та що частина цих відходів вимагатиме довготривалого зберігання. Перспективним є використання слабоактивовуваних матеріалів, основні кандидати, жоден із яких на сьогоднішній день не є готовим для використання в реакторах, це ванадієві сплави, карбід кремнію (SiC) та деякі типи сталі. На сьогодні існує пропозиція створення Міжнародного Центру Дослідження Опромінених Матеріалів (International Fusion Material Irradiation Facility), вартість якого оцінюється в 600 млн. Євро, але жодних практичних кроків в цьому напрямі поки що не зроблено.
Короткий підсумок характеристик перспективних матеріалів для будівництва реактору наводиться нижче в таблиці. Матеріали що досліджувались: сталь F-82H (Fe-0.1%C-8%Cr-2%W-0.04%Ta), сплав ванадію (V-4%Ti-3.3%Cr) та карбід кремнію (SiC). Радіоактивні відходи класифікуються в залежності від того чи потрібне активне охолодження та які саме компоненти є основним джерелом радіації. В таблиці наведеній нижче відходи є високорадіоактивними (High Level Radioactive Waste, HLW) якщо вони генерують тепло понад 50 Вт/м3. Межа в 12МБк/кг (для ? і ? випромінюючих нуклідів) слугує межею між середньоактивними (Intermediate Level Waste, ILW) та слабоактивними (LowLevel Waste, LLW) відходами. На практиці різниця означає, що високо- та середньоактивне сміття вимагає біологічного захисту та тривалого зберігання. Високоактивні відходи вимагають активного охолодження та постійного моніторингу. середньоактивні відходи як правило поміщають в стале-бетонні контейнери та захоронюють в спеціально обладнаних сховищах. Низькоактивні відходи можуть обслуговуватись людьми в захисному одязі та за умови дотримання правил радіаційної безпеки.
Тип матеріалу Час (років) активного охолодження (HLW) Час (років) переходу ILW в LLW
V-alloy 0.7 2000
SiC 1.3 13000
F-82H 8 600
Вартість електроенергії в порівнянні з традиційними джерелами
Критики вказують, що питання економічної доцільності використання ядерного синтезу для виробництва електроенергії залишається відкритим. В тому ж дослідженні на замовлення
Loading...

 
 

Цікаве