Snový fúzní reaktor Wendelstein 7-X láme rekordy jako párátka  
Stellarátory bojují o budoucnost energetiky tak trochu ve stínu známějších tokamaků. Jsou ale úžasné, velmi estetické a celkově sympatické, takže stojí za to jim držet palce. Zvláště stellarátor Wendelstein 7-X v poslední době sbírá jeden úspěch za druhým.
Vnitřek stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP, Jan Michael Hosan.
Vnitřek stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP, Jan Michael Hosan.

Pokud jde o jadernou fúzi, tokamaky nejsou špatné. Jejich vývoj ale tak nějak vázne. Už celá desetiletí. Vědci to nevzdávají, ale tokamakům rychle vyrůstá velmi zdatná konkurence. Což vůbec není na škodu věci. V sousedním Německu je stále více slyšet o pozoruhodném fúzním reaktoru Wendelstein 7-X, což není tokamak, nýbrž futuristicky tvarovaný stellarátor.

 

Ambiciózní stellarátor má za sebou sérii vylepšení a následných testů, v nichž Wendelstein 7-X opět pokořil některé fúzní rekordy. Zařízení například dosáhlo zatím nejvyšší hustotu energie pro stellarátory. Pro německý stellarátor to jsou další cenné body, stejně jako pro fúzní energetiku jako takovou.

 

Divoké tvary stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP / C. Bickel/ Science.
Divoké tvary stellarátoru Wendelstein 7-X. Kredit: IPP / C. Bickel/ Science.

V nejnovější sérii experimentů vytvořil Wendelstein 7-X plazma, které udržel po více než 100 sekund. To je také rekord pro stellarátory. Rekordní byla i hustota energie v plazmatu, které stellarátor dosáhl díky nedávno instalovaným technologickým vylepšením. Vzniklé plazma mělo vysokou hustotu, kolem 2 krát deset na 20 částic na metr krychlový. Podle odborníků je již taková hustota plazmatu dostačující pro budoucí fúzní elektrárny. Obsah energie v plazmatu stellarátoru poprvé překročil hodnotu 1 megajoule, což je rovněž rekordní. Teplota plazmatu ve stellarátoru dosáhla 20 milionů stupňů Celsia, tedy více než v nitru Slunce.

 

Žhavé plazma ve stallarátoru. Kredit: IPP, Wigner RCP.
Žhavé plazma ve stallarátoru. Kredit: IPP, Wigner RCP.

Německá spolková ministryně školství a výzkumu Anja Karliczek nedávno pogratulovala týmu stellarátoru Wendelstein 7-X k novým fúzním rekordům. A popřála jim mnoho budoucích úspěchů. Podle ní stellarátor představuje významný milník na strastiplné cestě k fúzní energii. Fúzní energetika by se mohla stát jedním ze zásadních zdrojů energie pro lidskou civilizaci, pokud stellarátory nebo další typy fúzních reaktorů uspějí.

 

Původní stavba stellarátoru nebyla vůbec jednoduchá. Zabralo to asi milion hodin práce. Přesto konstrukce stellarátoru vlastně neskončila a stále probíhá. Například, v září 2017 byl vnitřek stellarátoru vyložen grafitovým materiálem. To významně napomohlo k dosažení vyšší teploty plazmatu ve stellarátoru a k delší době udržení plazmatu. Nedávno byl ale tento materiál opět nahrazen, tentokrát za materiál z uhlíkových vláken, který je chlazený vodou.


Operátoři stellarátoru Wendelstein 7-X věří, že se jim díky vylepšenému vnitřku zařízení povede udržet astronomicky žhavé plazma v silných magnetických polích nepřetržitě déle než půl hodiny. Jestli se jim to skutečně podaří, tak to bude obrovský úspěch pro stellarátory i pro celou fúzní energetiku. 

Video:  A trip into the plasma vessel


Literatura
Max Planck Institute for Plasma Physics 26. 11. 2018.

Datum: 28.11.2018
Tisk článku

Související články:

Kdy se bude jaderná fúze využívat pro výrobu energie?     Autor: Vladimír Wagner (03.12.2008)
Největší stellarátor Wendelstein 7-X vyrobil první vodíkové plazma     Autor: Stanislav Mihulka (04.02.2016)
Další bod pro stellarátor Wendelstein: magnetická pole přesně jak mají být     Autor: Stanislav Mihulka (15.12.2016)
Populární stellarátor Wendelstein 7-X boduje novým fúzním rekordem     Autor: Stanislav Mihulka (28.06.2018)



Diskuze:

Mojmir Kosco,2018-11-30 06:53:12

Zase se musí m zeptat neboť jsem nedostal odpověď .je stavba fuzniho reaktoru pro účely energetiky pouze otázka technická a technologická a neuskutečnila se pouze proto že nám chybí technologie .nebo stávající pokusná zařízení ať stelatory nebo tokamaky ukazují na nějaký rozpor v teorii? Případně v modelech spuštění fuzni reakce.

Odpovědět


Re:

Juraj Chovan,2018-11-30 22:25:01

Teória fúznych reakcií je v poriadku, mnohokrát bola overená pri testoch vodíkových bômb. Tak napríklad pri teste Tsar bomby o sile 50 megaton TNT bola tlaková vlna detekovaná aj pri jej treťom obehu Zeme. Ak by sa test uskutočnil nad Prahou, rozbíjala by okná v Paríži, litovskom Vilnuse, Göteborgu či Ríme (v prípade Ríma by možno tlakovú vlnu stlmili Alpy).
Problém je technologický - obrazne povedané, nevieme vyrobiť dostatočne malú bombu ktorá by nám neroztrhla reaktor...

Odpovědět

stelátor

Boris Lukáč,2018-11-29 11:32:00

Načo tak tvarovo komplikovaný statický stelátor pre plazmu ktorú dynamicky formujú birkelandové prúdy?

Odpovědět


Re: stelátor

Z Z,2018-12-01 08:06:32

Čo som si zapamätal z minulých diskusií k téme, tak ide o to, aby každá častica plazmy prúdila rovnakou rýchlosťou. Jednoduchý toroid má v rôznych častiach rôzny obvod.

Odpovědět

Zatím jen rekordy pro stellarátory

Vladimír Wagner,2018-11-28 23:23:33

Je to fajn, že zařízení úspěšně pracuje a vylepšuje se, ale zatím jsou to ovšem pouze jen rekordy pro stellarátory. Takže pro srovnání. Stellarátor nynější rekord v udržení plazmatu 100 s. Pro tokamaky je rekord 390 s (francouzský Tore Supra Tokamak). Rekordy v teplotě u tokamaků jsou několik stovek milionů stupňu, o dosažení 100 milionů na čínském tokamaku se tu třeba psalo nedávno, japonský JT-60 dosáhl 520 milionů stupňu (stellarátor pouze zmíněných 20 milionů stupňů). Hustotní rekordy jsou na tokamacích také vyšší. Vyšší jsou i současně dosažené hodnoty teploty, hustoty a délky udržení.

Odpovědět


Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jiří Švarc,2018-11-29 03:47:55

Děkuji za přehledné srovnání. Přesně toto jsem chtěl zjistit, ušetřil jste mi hromadu hledání :).

Odpovědět


Lawson opět upadl do mrtvolného zimního spánku

Josef Hrncirik,2018-11-29 06:44:11

Odpovědět


Němečtí výzkumníci však ucítili možné vánoční premie a velmi ožili

Josef Hrncirik,2018-11-29 06:48:42

Odpovědět


Čínsko-Nordická lest: hustota a energie se počítá i ze studeného plazma, teplota se uvádí jen z nejteplejšího a nejřidšího středu

Josef Hrncirik,2018-11-29 06:53:42

Odpovědět


Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Ludvík Urban,2018-11-29 10:19:45

Neco mi unika? Zapaleni fuze uz neni cilem?

Odpovědět


Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Roman Halaj,2018-11-29 11:06:49

Cieľom je ekonomické a bezpečné fúzne zariadenie so stabilnou kladnou energetickou bilanciou.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jakub Beneš,2018-11-29 13:24:03

taky to uz prestavam chapat. doted jsem si myslel, ze ta fuze bude probihat na jednom konkretnim co nejmensim miste, kde bude sice vysoka teplota ale i tlak, aby se priblizily podminky v nitru hvezdy. takze tady v tomto pristroji bude probihat kde? v tom obihajicim plasmatu? na te silene klikate draze, kde zadny tlak neni?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Petr Kr,2018-11-29 14:57:37

Jako většina kotlů a hvězd hoří všude a nejvíc uprostřed.
V kotli se např. klasické palivo suší, zplyňuje a pak hoří a potom odvádí popel. Co očekáváte zde? Nějak se to nahřeje, zahustí a hoří a potom odvede "popel". Jak to udělat v jednom bodě? Je to přirozené?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jarmil Baracek,2018-12-03 05:36:39

Drobná poznámka, většina hvězd má ve svém středu nulovou gravitaci :-)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Milan Krnic,2018-12-04 20:07:28

Drobná poznámka, to je jen představa. Bohužel neověřitelná.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Petr Kr,2018-12-05 10:36:10

Poznámka opravdu zajímavá. A jaký to má vliv na funkci (tlak, teplotu atd. včetně té produkční).

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jarmil Baracek,2018-12-07 09:57:25

Nejvyšší tlak nebude ve středu hvězdy, teplota zřejmě také ne.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Petr Kr,2018-12-07 10:54:14

Z čeho tak usuzujete? Gravitace je 0, tedy tlak je 0?
Nechce se mi tu spekulovat o definici středu. Vy asi tušíte, že se jedná o místo s nulovou gravitací. Ale to je bod!!! Ostatní středem chápou prostor.
Jinak, mohl byste uvést důvody a místo, kde je nejvyšší tlak a teplota, a jak se toto místo stěhuje s věkem hvězdy? Jak se v kamnech a jaderném reaktoru stěhuje nejteplejší místo chápu, ale u té hvězdy jsem teď na rozpacích.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jarmil Baracek,2018-12-08 17:03:16

Ano místo s nulovou gravitací uprostřed koule je bod. Na libovolný bod pod povrchem gravitačně působí jen hmota od toho bodu směrem dolu, zbytek se vyruší.
Plyn v takovém bodě stlačuje naopak tíha plynu, co je nad ním. Tlak směrem dolů stoupá, gravitace klesá k nule. Oboje lineárně.
Ve středu je pak bod, kde je nejvyšší tlak a nulová gravitace.
Tak se to počítá ve škole a k kupodivu stejný model vysvětluje strukturu hvězd i v odborných publikacích.
Kdyby na zemi gravitace s výškou stoupala, co se stane. Přitom hvězda má být v rovnováze.
Prostor ve středu, jádro podle teorie obsahuje těžké prvky, hlavně vynikající hélium. Je těžší, bude tedy klesat do jádra. Ale dole je vyšší tlak a nižší gravitace.
Směrem vzhůru však tlak klesá. Nad heliem jen lehčí vodík...
A nebo teplota na povrchu slunce je podstatně nižší, než 100 km nad ním. Tak proč by nemohla být nižší ve středu.
Obecná relativita dokonce při vhodném rozložení hmoty umožnuje variantu, kdy je ve středovém prostoru gravitační zrychlení opačné, směřující k povrchu.
Uznávám, že jsou to doměnky a tak jsem hledal a nakonec jsem našel, jak to je správně.
Slunce: Hmotnost neznáme = nevadí stačí Keplerovi zakony, tlak = na povrchu odvodíme z teploty, dole vypočteme trojčlenkou, gradient = odhadneme,
teplotu a energii = odvodíme z fúzni reakce a tu známe. Teda teoreticky. Ensteina jen na povrchu, ohýbání světla a tak, dole ne.
"V jeho teorii je gravitační pole silně nelinární a bez přesné znalosti rozložení hmoty,
hustoty, zkrátka struktury uvnitř Slunce ji nelze korektně použít". -:D

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Petr Kr,2018-12-09 13:31:55

Pane Jarmile, někde výše několikrát zpochybníte tlak v centru '"nejvyšší tlak nebude v centru"), abyste pak napsal slohové cvičení, kde to popřete. Zkuste ještě dostudovat tu teplotu. :-D
Také je dobré vzít selský rozum do hrsti a uvážit, zda tam nebude fuzovat to He v jádře.
U těch "teplot" nad povrchem Slunce je možná třeba zvážit efekt útěku rychlých atomů.

Odpovědět


Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Alexandr Kostka,2018-11-30 10:55:01

Fúzi umíme tak či onak zapálit nějakých 60 let. Co neumíme je zapálit jí tak, aby to dalo víc energie, než stojí zapálení. Nedovedeme do probíhající fůze dodávat další palivo a nemůžeme zapálit najednou víc než zlomek gramu. (Protože gram by rozhodil "fúzní elektrárnu" asi jako výbuch munice sklad ve Vrběticích.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Roman Sofín,2018-11-30 21:18:31

Dodávat palivo neni a nebude problem. Tam neni zakopaný pes. Největší problém je udžet fuzi. A jediny problem v udženi fuze je ten, že během fuze se v magnetickém poli, které drží plazma pohromadě a v dostatečné vzdálenosti od sten reaktoru se začínaji oběvovat ruzné anomalie, které zapřičiní jeji ukončeni. Plazma je sice hrozně horké ale neskutečně řidke. Jak se ukonči reakce tak se velmi rychle ochladi. Tento problem snad ukonči nova generace vysokoteplotnich supervodivých magnetu na bazi yttria. Dalšim velkým problémem jsou vysokoenergeticke částice, ktere zpusobuji degradaci materialu sten reaktoru. Většinou jsou to atomy healia, které při fuzi vznikaji. Nedávno byl zvěřejnen článek kde se tento problem podařilo vyřešit použitim specialniho nanomaterialu, ktery dokaže tyto atomy propouštet. Ja osobně nejvice věřim projektu SPARC.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Alexandr Kostka,2018-12-01 11:26:14

Ano, to tom se víceméně decentně mlčí. Lidmi připravené plazma je nesmírně řídké. Tak řídké, že je to prakticky čisté vakuum. Oproti tomu sluneční hmota řídká není. A druhý hodně podstatný rozdíl: My to držíme pohromadě magnetickým polem, zvenčí, hvězdu drží pohromadě gravitace, zevnitř. A krom toho "něco" fúzi ve hvězdě brzdí, že hoří miliony či miliardy let. My umíme spíš napodobit výbuch supernovy. Po zapálení nekontrolovaně vyhoří veškerý materiál skoro současně.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Jaroslav Pešek,2018-12-01 13:47:08

To něco se nazývá tlak.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Amatér 1,2018-12-02 12:15:25

To "něco", co "brzdí" fůzi v nitru Slunce není tlak. Jde o to, že v nitru Slunce není dostatečně vysoký teplota k zažehnutí fůze, ale o vše se tam "stará" kvantová mechanika. Vzhledem k neuvěřitelnému počtu částic vodíku tam prostě ke kvantovým skokům dochází, ale zároveň ne do té míry, aby hvězda explodovala. My se však nemůžeme vydat cestou kvantové mechaniky, protože můžeme použít jen omezené množstí hmoty vodíku, kde bychom na kvantový skok při nižší teplotě čekali prakticky nekonečně dlouho.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Roman Sofín,2018-12-02 16:38:11

To co tady popisuješ je jen teorie. Nikdo to nikdy nedokazal a nikdo vlastně ani netuši co se uvnitř slunce děje. Kdyby v jadru slunce nebyla dostatečná teplota pro spuštěni tak by se slunce nikdy nezažehlo. Jediné co je jisté je, že jadro bude velice husté a žhavé. S kvantovou mechanikou bych se moc nezatezoval. Na světě existuje jen par lidi, kteří se daj spočitat na prstech jedne ruky, kteří nějak tuši jak by mohla fungovat. S kvantovou mechanikou je jeden velky problem, že funguje jen v rovině častic a odporuje si s teorii relativity se kterou se nema moc rado.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Amatér 1,2018-12-02 17:37:22

:-))))) to mě pobavilo.
Nerad bych rozvíjel diskuzi jiným směrem, ale kvantová teorie je jako jedna z mála teorií nesčetněkrát ověřena praktickými pokusy. Tedy fakt, že platí je daný. To, že se zatím nikomu nepodařilo tuto teorii sjednotit v jedné rovnici s teorií obecné reality je také fakt, obecná relativita nicméně platí také.
To, že Slunce svítí při hustotě a teplotách v centru, které by nespustili jaternou fůzi, je také fakt - toto vědci změřili již dávno, a když myslím dávno, tak myslím krátce po té, kdy byla kvantová mechanika začátkem 20 století postulovaná :-)))).

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Roman Sofín,2018-12-02 20:21:53

Bavit tě to muže ale neměni to nic na tom, že kvantova mechanika je stale jenom teorie.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Milan Krnic,2018-12-04 20:10:47

Teorie musí být testovatelná. Je výpočet test?

Odpovědět


Re: Zatím jen rekordy pro stellarátory

Florian Stanislav,2018-11-29 17:58:04

Zkusil jsem nějaké srovnání s hodnotami, na které jsme zvyklí, ve stellátoru všechno jinak.
Článek píše :"Obsah energie v plazmatu stellarátoru poprvé překročil hodnotu 1 megajoule, což je rovněž rekordní."
Spalné teplo benzínu je 45 MJ/kg. Tedy obsah energie plazmy stellátoru odpovídá 22 g benzínu, což se nezdá moc.
https://www.ipp.mpg.de/4550215/11_18?c=14226
"Při silném mikrovlnném ohřevu překročil energetický obsah plazmy poprvé hodnotu 1 megajoule, aniž by se stěna nádoby příliš zahřívala. "

Článek :"Vzniklé plazma mělo vysokou hustotu, kolem 2 krát deset na 20 částic na metr krychlový."
1 m3 plynu za norm. podmínek (0°C , 101 325 Pa) obsahuje 2,7E+25 ( 2,7.10^25) molekul, to je (1/22,4) kmolu plynu. Čili hustota částic plazmy ( mělo by to být helium viz https://en.wikipedia.org/wiki/Wendelstein_7-XK )
je 100 000 krát menší, jak hustota vzduchu.
Střední kvadratická rychlost by neměla záviset na hustotě, ale na absolutní teplotě.
https://cs.wikipedia.org/wiki/St%C5%99edn%C3%AD_kvadratick%C3%A1_rychlost
Při T=20 milionech a hmotnosti jedné částice heliové plazmy 1m (He) = 4.1,66E-27 kg =6,64 E-23 kg bude střední kvadratická rychlost 353 127 m/s. Rychlost molekul dusíku ( a zhruba i kyslíku) ve vzduchu je kolem 500 m/s. Stačí zahřát o pár set kelvinů a už kdeco hoří, kvůli vyšší rychlosti a energii molekul.
Nevím, jsem počítal dobře. Ale i tak je to na pochvalu za oddalování sklerózy.

Odpovědět




Pro přispívání do diskuze musíte být přihlášeni












Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace