Zkrocení splašených elektronů přibližuje fúzní energetiku  
Na Chalmersově technice úspěšně krotí divoké elektrony ve fúzním procesu pomocí těžkých iontů neonu nebo argonu. Komerčně použitelný fúzní reaktor se spoutanou energií hvězd by teď měl být zase o něco blíže.

 

Britský fúzní reaktor JET. Kredit: Eurofusion.
Britský fúzní reaktor JET. Kredit: Eurofusion.

Fúzní energetika se už dávno stala svatým grálem. Všichni po ní touží – a stále je nesmírně daleko. Tak daleko, že se to stává terčem vtipů. Na jednu stranu ale není divu. Zkrocení procesů, které zuří v nitru hvězd, na malé kamenné planetě, to není jenom tak. Vědci se musejí vypořádat s celou řadou záludných problémů.

Linnea Hesslow (vpravo) a Ola Embréus (vlevo). Kredit: Mia Halleröd Palmgren / Chalmers.
Linnea Hesslow (vpravo) a Ola Embréus (vlevo). Kredit: Mia Halleröd Palmgren / Chalmers.

Jednu ze zásadních překážek velkorysého využívání fúzní energie představují splašené elektrony. Anglicky se jim říká „runaway electrons“, v odborné češtině poněkud natvrdle „ubíhající elektrony“. Ve fúzních reaktorech nebo spíše zatím v jejich předchůdcích panují pekelné podmínky mnoha milionů stupňů Celsia, a také vysokých tlaků. Jako by to nestačilo, v tokamacích vznikají nechtěná elektrická pole o vysokých energiích, která mohou ohrozit celý proces fúze. Objevují se tam elektrony s extrémně vysokou energií, které by mohly být urychleny na tak veliké rychlosti, že by eventuálně mohly zničit stěnu reaktoru.

 

Vnitřek fúzního reaktor JET po experimentech se splašnými elektrony. Kredit: Eurofusion.
Vnitřek fúzního reaktor JET po experimentech se splašnými elektrony. Kredit: Eurofusion.

Doktorandi Linnea Hesslow a Ola Embréus z Chalmersovy techniky ve švédském Göteborgu úspěšně pracují na tom, aby splašené elektrony zkrotili. Nedávno se jim to povedlo, když do tokamaku vstříkli těžké ionty neonu nebo argonu – ve formě plynu nebo pelet. S dalšími kolegy o tom publikovali studii v časopise Physical Review Letters. Když se extrémně energetické elektrony srazí s jádry zmíněných iontů, které mají vysoký elektrický náboj, tak to elektrony zpomalí. Velké množství takových srážek omezí rychlost celého hejna splašených elektronů a fúzní proces může pokračovat.

 

Chalmer University of Technology.
Chalmers University of Technology.

Jak říká Linnea Hesslow, když se povedlo účinně omezit rychlost splašených elektronů ve fúzi, tak jsme se dostali zase o krok blíže k funkčnímu fúznímu reaktoru, který by měl na dlouhou dobu vyřešit naše problémy s energií. Výzkum jejich týmu vzbudil velkou pozornost. Tyto znalosti jsou totiž klíčové pro plánování a přípravu budoucí experimentů s jadernou fúzí ve velkém měřítku a zároveň směřují k řešení dalších závažných problémů ve fúzním procesu.


Výzkum fúze udělal za padesát let, co se na něm pracuje, veliký pokrok. Potíž je v tom, že komerčně použitelný fúzní reaktor je stále padesát let daleko. V jižní Francii sice vyrůstá velký tokamak ITER, který všichni sledují se zatajeným dechem, jeho stavbu ale provázejí veliké těžkosti, technického i finančního rázu. Podle Hesslowové mnoho lidí stále věří, že ITER jednou pojede. Ale prý se ukazuje, že spustit smysluplnou jadernou fúzi je těžší, nežli cestovat na Mars. Přece jenom jde o sklízení energie hvězd. Bylo by v zájmu nás všech, kdyby se to fyzikům nakonec povedlo, ať už s tokamakem nebo s jinou technologií fúzního reaktoru.

Video:  ITER drone campaign April 2017

 



Literatura
Chalmers University of Technology 21. 6. 2017. Physical Review Letters 118, 255001.

Autor: Stanislav Mihulka
Datum: 26.06.2017
Tisk článku

Říkej a předváděj BATOLATA -
Knihy.ABZ.cz
 
 
cena původní: 129 Kč
cena: 116 Kč
Říkej a předváděj BATOLATA

Související články:

Fúzní reaktory jsou podle expertů ekonomicky životaschopné     Autor: Stanislav Mihulka (03.10.2015)
Čína hlásí nový fúzní rekord: V tokamaku drželi plazma 102 sekund!     Autor: Stanislav Mihulka (09.02.2016)
Tokamak Alcator dosáhl světového rekordu ve fúzi poslední den provozu     Autor: Stanislav Mihulka (23.10.2016)



Diskuze:

Seznam problémů

David Oplatek,2017-06-27 18:31:47

Mohl by mi někdo znalý sepsat alespoň přibližný seznam problémů, které nám brání v současné době plně funkční fúzní elektrárnu postavit?

Odpovědět


Re: Seznam problémů

Milan Krnic,2017-06-27 19:55:33

Co nám brání? Nic nám nebrání, prostě zatím nemáme technologii / znalosti, atd..

Odpovědět


Re: Re: Seznam problémů

Alexandr Kostka,2017-06-27 20:22:11

Myslím že víc jsou to znalosti než technologie. Příroda hvězdy něčím "dusí", že hoří přiměřenou rychlostí. Nevíme čím a proč. V podstatě dovedeme odpálit novu, ale to je jako stálý zdroj energie k ničemu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Seznam problémů

Milan Krnic,2017-06-27 20:56:16

Technologie závisí na znalostech, proto tam to lomítko. Odpálit hvězdu nedokážeme ani náhodou, natož v podstatě, jedině tak ve sci-fi. A je otázkou, zda to vůbec lze. Nevíme prakticky nic.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Seznam problémů

Alexandr Kostka,2017-06-27 21:43:29

Právě naopak. To co probíhá v malém v tokamaku, případně ve velkém ve vodíkové bombě je stejná nekontrolovaná fúze jako v té nově. To co neumíme (a ani nemáme tušení jak to funguje) je pomalé spalování, jaké probíhá ve slunci.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Seznam problémů

Josef Hrncirik,2017-06-27 22:01:05

Podle velikosti stohu dojde k zahoření dříve, či později.
Je to otázka časového měřítka a zpětné vazby reakční rychlost, uvolněné teplo, tepelné ztráty.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Seznam problémů

Milan Krnic,2017-06-28 22:29:56

Co se děje v nově nevíme, pouze to odhadujeme. Toho, co neumíme, je nekonečně mnoho, a to, co konkrétně vše nevíme pro zažehnutí vysoce stabilní fúze je ve hvězdách.

Odpovědět


Re: Re: Re: Seznam problémů

Petr Kr,2017-06-27 22:44:06

Nevím, čím to příroda dusí, asi je to fyzika, kterou neznáte vy. Prostě je tam moc hmoty a něco se ujme. Být toho míň, "nehoří" to. Když je toho víc, hoří i helium. To je jasné jak facka. Nova je úplně jiná "reakce". Přečtěte si wikipedii.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Seznam problémů

Alexandr Kostka,2017-06-28 07:41:56

Též bych předpokládal, že to že hvězdy hoří "pomalu" má jistou souvislost s obrovským množstvím hnoty a tudíž že "regulační" silou bude gravitace. Což na zemi napodobíme velmi těžko. Ostatně, snažíme se o "totéž", ovšem ve hvězdách zdaleka není jen deuterium a tritium, hoří tam minimálně ještě i normální vodík.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Seznam problémů

Petr Kr,2017-06-28 22:26:18

Množství hmoty nezpůsobuje, že to hoří pomalu, ale že to vůbec "hoří". Více hmoty = více to hoří, tj. větší hvězda = kratší život i přes větší zásobu vodíku!!! Ve vznikající hvězdě není deuterium ani tritium. Je tam hlavně obyčejný vodík. Regulační silou, která to brzdí, je samotné hoření. Gravitace to zmáčkne a pomáhá "hoření". Přitom vzniká teplo a ubývá "paliva", což brzdí hoření.

Odpovědět


Re: Re: Seznam problémů

David Oplatek,2017-07-01 15:06:49

Ptal jsem se, co konkrétně... to je mi jasný, že znalosti a technologie...

Odpovědět


Re: Re: Re: Seznam problémů

Josef Hrncirik,2017-07-07 20:45:56

Pravděpodobně je problém hradit tepelné ztráty plazma k ohřevu do podmínek, kdy začne stabilně termonukleárně hořet rozumnou rychlostí umožňující řízení děje a ekonomický stupeň vyhoření.
Při požadovaných vysokých teplotách možná už plazma má velmi malý odpor a obtížně se ohřívá proudem (či MW, které ev. už jen odráží), ale přitom silně ztrácí energii jako měkké X záření, které nelze vrátit zpět a absorbovat.
Při drastickém ohřevu se ohřívají nejdříve a nejvíce elektrony v plazma a to vede k velkým ztrátám energie z plazma, ještě než stačí předat anergii do pohybu atomů a jejich žádaných srážek.
Malý systém má velký poměr ztrát (úměrných cca povrchu) oproti energii získané z hoření (úměrné objemu); analogie nutnosti dosažení nadkritického množství (cca objemu) klesajícího s teplotou a tlakem a přesným stechiometrickým poměrem D+T a rostoucího s vyhořením).

Odpovědět


Re: Seznam problémů

Andrej Pekar,2017-07-04 00:13:15

Sme ako ludstvo pripraveny na take mnoztvo lacnej energie? Nezastavame vstko a neprekopeme vsetko co sa da ak budeme mat moznost?

Odpovědět

ITER

Bluke .,2017-06-27 09:04:16

vedci len snivaju o fuzii v ITER, su to len vyhodene peniaze nic ine, budu skumat este 20 rokov a nic nevyriesia. Zabudnite na fuuziu ,pokial to robite na Zemi

Odpovědět

Zlepšování průběhu fúze.

Vlastislav Výprachtický,2017-06-26 21:18:01

Vstříknutí těžkých iontů pomáhá, další možná cesta může být excitace částic pulzními radiovými vlnami.

Odpovědět


Re: Zlepšování průběhu fúze.

Josef Hrncirik,2017-06-27 07:59:13

Vícemocné ionty znamenitě zvyšují tepelné ztráty plazma vyzařováním.

Odpovědět


Re: Zlepšování průběhu fúze.

Karel Rabl,2017-06-28 10:29:55

nebo zvukovými vlnami.

Odpovědět


Re: Re: Zlepšování průběhu fúze.

Josef Hrncirik,2017-06-28 14:19:52

Jericho echo se ztrátou řekněme 100 MW.
Kolik se musí vyřvávat aby došlo k této ztrátě v plazma?
Stěny se nepočítají.

Odpovědět


Re: Re: Re: Zlepšování průběhu fúze.

Karel Rabl,2017-06-29 11:43:04

Při vhodném použití zpětné vazby a společné použití infra rotace zvukových vln již při vstřikování H3 do prostoru tokamaku by se "energetická náročnost" dala snížit a právě stěny o něž tady jde by plazmu s těmi "splašnými" elektrony mohli společně s magnetickým polem, vhodně odklánět jinam a lepe se chladit.

.

Odpovědět

Fuzny reaktor uz mame

Martin X,2017-06-26 18:37:53

Fuzny reaktor, so zasobou paliva na niekolko miliard rokov, uz mame 150 milionov km od Zeme. Sustredit by sme sa mali na to ako energiu z tohto reaktoru ucinne cerpat a hlavne uchovavat.

Odpovědět


Re: Fuzny reaktor uz mame

Tadeáš Dalešický,2017-06-26 21:01:16

Nemůžeme přeskočit přes vývojové stupně Kardašovovi škály. Zatím co se spuštění funkčního fůzního reaktoru odhaduje na těch zmíněných 50 let tak dosažení stupně 1. se odhaduje na rok 2200 a 2. stupeň až na rok 5200. Dnes jsme na úrovni 0,72 takže v tom to měřítku je fůzní reaktor opravdu blízko.

Odpovědět


Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-28 21:46:28

Zatím jsme u 1. stupně Kardašovy škály:1. Vykrádání dotací a ještě je z čeho.

Odpovědět


Re: Fuzny reaktor uz mame

Alexandr Kostka,2017-06-27 06:29:47

Kdyby bylo nějaké 4-4,5 miliardy lidí maximálně, tak by to bylo mnohem snadnější. Namísto toho se počet blíží 8 miliardám s předpovědí 11 (a hladomory, kdy se budou lidé lovit na maso). A také by dost pomohlo nevozit suroviny na spotřební zboží (spotřební šunt) z Afriky do Číny (15000 km) a následně "zboží" do Evropy, což je dalších 20000 km. Vždyť to možná cestuje tam a zpátky delší dobu, než jakou vydrží fungovat finální výrobek.

Odpovědět


Re: Fuzny reaktor uz mame

Jiří Svejkovský,2017-06-27 07:36:48

Na čtvereční metr povrchu Země dopadne asi 1kW energie z tohoto reaktoru. Na výkon jednoho bloku Temelína byste tak v ideálním případě potřeboval milion čtverečních metrů, tedy jeden čtvereční kilometr. Reálně spíš několik čtverečních kilometrů. Abyste si posvítil i v noci, bylo by dobré umět tu energii i nějak skladovat. Není jednodušší si kousek toho reaktoru vyrobit tady na Zemi?

Odpovědět


Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Tomáš Habala,2017-06-27 07:49:48

Temelín má rozlohu 1,4 čtverečného kilometru.

Odpovědět


Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Petr Kr,2017-06-27 09:44:12

Oba bloky? Nebo i ten areál pro 3. a 4. blok? A jede to i v noci? A umí to v zimě více než v létě?

Odpovědět


Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Martin X,2017-06-27 18:41:39

Preto hovorim, ze sa musime sustredit na lepsie cerpanie a skladovanie energie Slnka. Elektrarne na obeznej drahe, kde je priestoru dost, zrkadla na obeznej drahe, ktore prenasaju energiu na neosvetlenu stranu (kde ju spracuje orbitalna elektraren), lacne a ucinne fotoelektricke clanky ktore pokryju strechy, cesty a dalsie plochy, distribuovane skladovanie energie v jednotlivych podnikoch a domacnostiach (palivove clanky, superkondenzatory, ...), inteligentna energeticka siet, ktora je schopna cely ten system spravovat ...
Prakticky pouzitelna fuzna energia je krasna myslienka, ale co sa tyka realizacie, som pesimista.

Odpovědět


Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-29 07:43:49

Ani superkondenzátor neuschová více energie než mizerná chemická reakce.
Superkondenzátor se vybíjí pomaleji než obyč..

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Martin X,2017-06-29 19:41:55

Ano, energeticka hustota superkondenzatorov je ovela nizsia ako energeticka hustota chemickych akumulatorov. Preto je nutny dalsi vyvoj. Ich vyhodou je velky pocet cyklov nabijanie/vybijanie.
Nie je pravda, ze sa superkondenzator vybija pomaly, existuju baterie superkondenzatorov na startovanie motorov dodavajuce tisice A.
http://www.maxwell.com/products/esm/esm-ultra-31-1800

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-30 14:14:49

Díky za prospekt. Má to jen cca 3 W.h/kg, tj. min. 10x méně než Pb aku, či 70x méně než LiPol aku.
Hustota výkonu je méně než 3,5 kW/kg. Z toho plyne vnitřní odpor cca 8 mOhm.
K výstřelu z rail děla jsou lepší obyč. HV kondenzátory.
Oslové tady nabízeli řekněme 3 MJ do střely 1,5 km/s v hlavni cca 10 m.
Určitě to sežere 30 MJ a bere příkon N = F.v = 30MJ*1500m/s/10m = 4500 MW = 4,5 GW; N/3500 = 1287 tun superkapacitoru pro příkon nebo zdánlivě jen 1,9 t pro energii,
ale jen při délce laufu 1287/1,9 = 677x větší, tj. pouhé 3,6 míle,
ale potom to má příliš dlouhé vedení neodolatelně přitahující sběrače kovů.

Odpovědět


Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-27 13:04:53

Pro začátek postačí přenášet s malými ztrátami solární energii z pásma dne do pásma noci.

Odpovědět


Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Jan Novák9,2017-06-27 14:25:47

O tom přemýšleli kdysi rusové, že by udělali tekutým vodíkem chlazené supravodivé potrubí z Amuských vodních elektráren, a vyšlo jim že skoro žádná energie nedojde. Při přenosu přes půl zeměkoule ztráty 50+% s jakýmkoliv systémem. Stejně reálné jako sluneční elektrárna s výkonem 1kW/m2. 1000W slunečního záření x 20% účinnosti panelů x 80% účinnosti konvertoru x 70% účinnosti baterií x 80% účinnosti střídačů = 128W/m2 místně v zásuvce, a to ještě jenom 1-2 hodiny denně s největším osvitem v poledne a v létě když ovšem není zataženo. Po dobu životnosti panelů 30let se počítá s poklesem výkonu na 70% originálu, může ale být podstatně víc, jako všechno ostatní v Zeleném Světě je to "best case" hodnota jak by to asi tak mohlo vypadat když se náhodou splní ty nejodvážnější sny.

Odpovědět


Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

David Oplatek,2017-06-27 18:30:27

Jo, tyhle složené účinnosti, to je masakr. Připadá mi, že si tyhle věci uvědomují na zemi snad jen vyvolení, protože neznám pomalu nikoho, kdo by je ve svých megaplánech uvažoval...

Odpovědět


Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Alexandr Kostka,2017-06-27 19:37:27

Solární ekošílenství je pouze ústupek spáchaný mocným ekologistickým organizacím a veřejnému mínění. Ekonomicky nevýhodné, ekologické to také není. Snad jediné, co by dávalo smysl je mít na střeše několik kombi panelů, které ohřejí TUV a přes den (tedy tehdy kdy je to třeba) pohání klimatizaci. A to nejlépe klimatizaci nízkovoltážní, aby se to nemuselo ani měnit na 220. V podstatě, jakmile elektřina "ze slunce" opustí objekt, kde byla "vyrobena", tak je už k ničemu. Po transformaci na VN, ztrátách na kabelu, transformaci zpět na NN a opět ztrátách ta "elektrárna" nevyrobí ani tolik, kolik elektřiny stálo udělat čistý křemík na ty panely.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Petr Vaněk,2017-06-28 21:22:45

A je někdo z těch ekologistických malmasů ve vládě a v těch různých neziskovkách schopen (v tom lepším případě) či ochoten (v tom horším případě) pochopit, že na výrobu solárního panelu se spotřebuje víc energie než ten panel pak za dobu své životnosti vyrobí?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-29 07:45:15

Není to jejich třídní zájem.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Milan Krnic,2017-06-29 10:07:01

To ale máte jiný, globální, pohled na věc, a takhle to na světě nefunguje, tam je lokální zájem. Ty panely se vyrobí jinde, než užijí. Obdobně s mnohými jinými věcmi.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Josef Hrncirik,2017-06-29 20:14:40

Zisk by měl být reinvestován tam kde vznikl. Jinak jsme kolonialisté.
Co je Soros?

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Alexandr Kostka,2017-06-30 12:21:23

Neměl by náhodou právě od toho být vládce (podotýkám moudrý, ne "demokratů jehož jediným předpokladem k vládě je, že předvolebními sliby obelhal voliče), který by podobný nesmysl zarazil? Ono jaksi "lokální" ani "globální" neexituje, žijeme dohromady na jedné planetě a není možná nadšeně jásat, že někdo "tady" zaplatil za to, aby "si to zničili oni tam". Ono to totiž sem dojde, dříve či později.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Fuzny reaktor uz mame

Karel Rabl,2017-07-07 12:29:04

To by se musely tepelná čerpadla předělat motory kompresorů na stejnosměrný proud, podobně jak to je u motoru třeba na ventilátorech počítačů nebo elektrokol.Napětí by už záleželo na počtu článků.

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