WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

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

ГоловнаФізика → Термоядерна енергія - Реферат

Термоядерна енергія - Реферат

Офісу в Справах Науки і Техніки Британського Парламенту вказується, що собівартість виробництва електроенергії із використанням термоядерного реактору буде, імовірно, у верхній частині спектру вартості традиційних джерел енергії. Багато залежатиме від майбутньої технології, структури та регулювання ринку. Пряма вартість електроенергії дуже залежатиме від ефективності використання, часу на обслуговування та вартості декомісування реактору. Пропоненти комерційного використання енергії ядерного синтезу заперечують, що викопне пальне значною мірою субсидується урядом, як прямо так і непрямо, наприклад використанням збройних сил для забезпечення їх безперебійного постачання, війна в Іраку часто наводиться як контроверсійний приклад такого субсидування. Врахування таких непрямих субсидій є дуже складним, та робить точне порівняння собівартості практично неможливим.
Окремо стоїть питання вартості досліджень. Країни Європейської Спільноти витрачають близько 200 млн.? щороку на дослідження, та прогнозується, що потрібно ще кілька десятиріч поки промислове використання ядерного синтезу стане можливим. Прихильники альтернативних джерел електроенергії вважають, що було б доцільніше спрямувати ці кошти на впровадження відновлювальних джерел електроенергії.
Доступність комерційної енергії ядерного синтезу
На жаль, незважаючи на поширений оптимізм (поширений починаючи з 1950-х років, коли перші дослідження розпочались), суттєві перешкоди між сьогоднішнім розумінням процесів ядерного синтезу, технологічними можливостями та практичним використанням ядерного синтезу досі не подолані, неясним є навіть чи економічно вигідне виробництво електроенергії із використанням ядерного синтезу є можливим в принципі. Хоча прогрес в дослідженнях є постійним, дослідники постійно стикаються із новими проблемами. Наприклад, проблемою є розробка матеріалу що здатен витримати нейтронне бомбардування, що, як оцінюється, повинно бути в 100 разів інтенсивніше ніж у традиційних ядерних реакторах.
Розрізняють наступні етапи в дослідженнях:
" Рівновага (Break-even): коли загальна енергія що виділяється в процесі синтезу дорівнює загальній енергії затраченій на запуск та підтримку реакції. Це співвідношення позначають символом Q. Рівновага реакції було продемонстровано на JET (Joint European Torus) в Великобританії в 1997 році.
" Палаюча плазма (Burning Plasma): проміжний етап, на котрому реакція підтримуватиметься головним чином альфа-частинками що продукуються в процесі реакції, а не зовнішнім підігрівом. Q ~= 5. Досі не досягнутий.
" Запалення (Ignition): стабільна реакція що підтримує саму себе. Повинна досягатись при великих значеннях Q. Досі не досягнуто.
Наступним кроком в дослідженнях повинен стати ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), Міжнародний Термоядерний Експериментальний Реактор. На цьому реакторі планується провести дослідження поведінки високотемпературної плазми (палаюча плазма із Q ~ 30) та конструктивних матеріалів для промислового реактору. Остаточною фазою досліджень стане DEMO: прототип промислового реактору, на котрому буде досягнуто запалення, та продемонстровано практичну придатність нових матеріалів. Найоптимістичніші прогнози завершення фази DEMO: 30 років. Враховуючи орієнтовний час на побудову та введення в експлуатацію промислового реактору, нас відділяє ~40 років від промислового використання термоядерної енергії.
Конструкція електростанції
Термоядерні реактори переважно класифікуються відповідно до типу "утримування" (confinement) гарячої плазми. Більшість досліджень стосуються магнітного утримування плазми, в такій конструкції потужні магніти утримують гарячу плазму в центрі камери, не даючи тій руйнувати камеру (температура плазми ~ 100'000'000 K). Серед різноманітних типів реакторів із магнітним утриманням, Токамак продемонстрував найкращі результати із часу своєї появи. Інший популярний тип утримання це інерційний реактор, найбільш інтенсивні дослідження по якому ведуть американські науковці. В ньому крихітні кульки пального ("пелети") вистрілюються в центр камери, та "обстрілюються" потужним лазером. Оскільки камера є порівняно великою, щільність енергії що нагріває стінки камери є недостатньою для їх руйнування. Існує також ряд менш поширених методів утримання плазми, наприклад самостягуючийся розряд, де струм що проходить через плазму генерує власне магнітне поле, або електростатичне утримання, де іонізована плазма утримується силою електростатичного відштовхування, як у реакторі Фарнсворта-Хірша.
Різні типи реакторів мають свої переваги та недоліки. Токамаки є імовірно найкраще дослідженим типом, що є найближчим до практичного використання. Реактор із інерційним утриманням продукує плазму із найкращими характеристиками, та є найкращим типом реактору для збройових досліджень, генерування рентгенівських променів, надмалих реакторів та, імовірно, в майбутньому для космічних польотів. Реактори цього типу залежать на паливі у формі "пелет" ідеальної форми, внаслідок обстрілу потужним лазером ця форма дозволяє генерувати симетричну ударну хвилю що розігріває пальне до стану дуже щільної плазми. На практиці це виявилось надзвичайно складним завданням.
Існує жорстка конкуренція між програмами дослідженнями різних типів утримування за фінансування, що призвело до того, що практичні дослідження на сьогоднішній день сконцентровані на Токамак та інерційному утриманні.
Існують також "неортодоксальні" теорії та реакції синтезу, див. холодний термоядерний синтез.
Цикл пального
Реактори першого покоління працюватимуть на суміші дейтерію та тритію. Це пальне має ряд недоліків:
1. Реакція продукує значну кількість нейтронів, що активують (радіоактивно заражають) реактор та теплообмінник. Насправді, нейтрони що з'являються в процесі реакції поглинаються захистом реактору, та тепло що виділяється використовується для нагрівання теплообмінника, що, своєю чергою, використовуватиметься для обертання генератора. Також вимагаються заходи для захисту від можливого витоку радіоактивного тритію.
2. Тільки близько 20% енергії синтезу є у формізаряджених часток (решта нейтрони), що обмежує можливість прямого перетворення енергії синтезу в електроенергію.
3. Використання D-T реакції залежить від наявних запасів літію, що є значно обмеженішими ніж запаси дейтерію.
Нейтронне опромінення під час D-T реакції настільки значне, що після першої серії тестів на JET, найбільшому реакторі на сьогоднішній день що використовує це паливо, реактор став настільки радіоактивним, що для завершення річного циклу тестів довелось додати роботизовану систему дистанційного обслуговування.
Існують, в теорії, альтернативні види пального, що позбавлені вказаних недоліків. Але їх використанню перешкоджає фундаментальне фізичне обмеження. Щоб отримати достатню кількість енергії із реакції синтезу, необхідно утримувати достатньо щільну плазму при температурі синтезу (108 K) протягом певного часу. Цей фундаментальний аспект синтезу описується добутком густини плазми , n, на час утримання нагрітої плазми, ?, що вимагається для досягнення точки рівноваги. Добуток, n?, залежить від типу пального і є функцією температури плазми. Із усіх видів пального дейтерій-тритієва суміш вимагає найнижчого значення n? щонайменше на порядок, та найнижчу температуру реакції, щонайменше в 5 разів. Таким чином, D-T реакція є необхідним першим кроком, однак використання інших видів пального залишається важливою метою досліджень.
Зовнішні посилання
" EURATOM/UKAEA Fusion Association
" ITER
" FIRE
" "Слабоактивовувані матеріали - кандидати для реакторів ядерного синтезу"; C.B.A. Forty and N.P. Taylor (PDF, англ.)
" "Дослідження на замовлення Офісу в Справах Науки і Техніки Британського Парламенту (PDF, англ.)
Loading...

 
 

Цікаве