Americké zařízení NIF je na pokraji významného fúzního milníku  
V nedávném fúzním experimentu vytěžili 1,35 MJ energie. To odpovídá asi 70 procentům energie, kterou laserové paprsky zasáhly kapsuli s vodíkovým palivem. Jde o 8násobné pokoření rekordu, který ustanovili rovněž v NIF, letos na jaře. Závod o jadernou fúzi pokračuje.

Útroby NIF. Kredit: LLNL / Wikimedia Commons.
Útroby NIF. Kredit: LLNL / Wikimedia Commons.
V laboratořích amerického NIF (National Ignition Facility) se zabývají tím, že v rámci výzkumu a vývoje fúzních technologií pálí výkonnými lasery do vodíkového paliva. Cílem jejich snažení je dosáhnout, aby energie uvolněná vytvořenou fúzní reakcí převýšila energii laserů, které tuto fúzní reakci zažehují.

 

V NIF pracují s technologií inerciálního udržení (Inertial confinement fusion). Generují 192 vysokoenergetických laserových paprsků, které pálí do kapsule o velikosti zrnka pepře. Kapsule je umístěná ve speciální nádobce hohlraumu a obsahuje izotopy vodíku deuterium a tritium. Zásah laserovými paprsky stlačí palivo na stonásobek hustoty olova a zahřeje ho na nepředstavitelných 100 milionů °C. V těchto podmínkách se zažehne termojaderná fúze.

8. srpna (2021) uskutečnili v NIF experiment, v němž fúzí vytěžili 1,35 MJ energie. To představuje asi 70 procent energie, kterou lasery zasáhly kapsuli s palivem. Aby energie vytvořená fúzí přesáhla energii vynaloženou na zážeh fúze, bude muset přesáhnout cca 1,9 MJ.

 

Jak uvádí Debbie Callahan z laboratoří Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), jejichž je NIF součástí, jde o velký pokrok ve vývoji fúzních technologií i pro fúzní komunitu.

National Ignition Facility. Kredit: Lawrence Livermore National Security / Wikimedia Commons.
National Ignition Facility. Kredit: Lawrence Livermore National Security / Wikimedia Commons.
Pro představu, výtěžnost energie v novém experimentu 8krát přesáhla stávající rekord, který v NIF ustanovili letos na jaře. Oproti experimentům z roku 2018 jde o 25násobné zvýšení.

 

Tým NIF je přesvědčený, že tentokrát dosáhli fáze s „hořícím plazmatem“ (burning plasma), kdy fúzní reakce udržuje sama sebe vytvořeným žárem. To je klíčové pro stabilní fúzi, která by vyráběla energii. Podle Callahanové se jim to povedlo, ale ještě to musejí potvrdit analýzami a simulacemi.

 

Jeremy Chittenden z vedení britského centra Centre for Inertial Fusion Studies při Imperial College London zdůrazňuje, že uvedeným postupem by bylo možné vytěžit ještě mnohem více energie. Je ovšem nutné vymyslet, jak udržet vodíkové palivo pohromadě po delší dobu, aby vzniklo více hořícího plazmatu. To bude podle Chittendena další metou ve vývoji fúzní technologie inerciálního udržení.

 

Literatura

BBC 18. 8. 2021.

LLNL 8. 8. 2021.

Datum: 18.08.2021
Tisk článku

Související články:

Zařízení NIF odpálilo rekordní 500-terawattový zášleh laseru     Autor: Stanislav Mihulka (13.07.2012)
Fúzní palivo poprvé vydalo víc energie, než pohltilo!     Autor: Stanislav Mihulka (13.02.2014)
V jihokorejském centru CoReLS vytvořili nejsilnější laserový paprsek     Autor: Stanislav Mihulka (08.05.2021)



Diskuze:

oné

Jan Mrkvicka,2021-08-19 05:24:41

Nedávno Číňania dosiahli rekord v udržaní fúzie. Nešlo by to spojiť?

Odpovědět

Milník

D. Hruška,2021-08-18 16:28:51

Významný milník je to zhruba jako uběhnutí prvního kilometru při maratonu. Pokud zvýší účinnost ještě o řád, stále nebudou energeticky ziskoví s ohledem na účinnost laserů a parní turbíny. Hodně štěstí v dalším vývoji.

Odpovědět


Re: Milník

Ladislav Truska,2021-08-19 16:21:23

přesně.., vůbec nemá smysl se tím zabývat, to by trvalo ještě několik let, přitom za takových sto let už začnou první předběžné testy ITER...

Odpovědět


Re: Re: Milník

D. Hruška,2021-08-19 20:25:52

Jen ať se tím zabývají. Třeba z toho aplikovaného výzkumu nakonec vzejde nějaká technologie využitelná v jiném oboru, jak se často stává. A pokud by měli třeba jen 5% šanci, že za sto let z toho vznikne funkční elektrárna, měl by ten výzkum pořád smysl.

Odpovědět


Re: Re: Re: Milník

D. Hruška,2021-08-19 21:16:26

Mluvím samozřejmě o NIF, ne o ITERu.

ITER taky nepovede k prototypu elektrárny za 30 let. To je ale z velké části zaviněno neschopností liberální Evropy uskutečňovat velké projekty. Pokud se však za takových 20 let ITER nakonec podaří dostavět a provoz přinese optimistické výsledky, mohli by se toho plně chopit Číňani, ti mají na velké projekty dostatek sebekázně. Takže evropský vklad do výzkumu fúze lidstvu nakonec bude prospěšný. V současnosti na to ale Číňani ještě nebudou plýtvat kapacitami, potřebují rozvíjet hlavně svoji štěpnou energetiku, která funguje a má dlouhou budoucnost.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Milník

Jozef Martinkovič,2021-08-20 18:42:10

Podľa mňa na základe ITERu nebude fungujúca elektráreň. Hlavne kvôli neutrónom z reakcie D+T. Skôr dávam šancu prístupom z využitím reakcíí, kde vznikajú nabité častice. Nutróny robia zle konštrukcii a zle sa znich dostáva energia. Nabité častice viete ovplyvniť elektromag poľami a tiež získať znich energiu priamo(aspoň toreticky). Kým rozbehnú ITER potom možno nasledovníka DEMO, prejdú desaťročia.. Dovtedy môže vzniknúť iný techicky lepšie a jednoduchšie realizovateľný projekt.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Milník

Josef Hrncirik,2021-08-20 21:34:30

Neutrony jsou nutné pro praktickou recyklaci T reakcí n+Li. Vražením 1,5 J do vhodné směsi H2 + BH3 při optimálním napětí výboje byla vzniklo 40 000 částic alfa. Energetická účinnost tedy byla 10**-13. Alfa se dá výborně měřit.

Odpovědět


Re: Milník

Jan Novák9,2021-08-19 19:40:25

Jste docela optimistický. Já bych spíš řekl že tak prvních 100 metrů z maratonu.
I když zvýší účinnost o řád, pořád budou na jedné explozi za den, a tam teprve skutečné problémy teprve začnou. Malý termojaderný výbuch je pořád termojaderný výbuch. Vyvolat a zkrotit termojaderný výbuch každých pár sekund nebude jednoduché.

Odpovědět

Když už se bavíme o explozích

Jan Novák9,2021-08-18 16:11:40

Tak jsem si jistý že vodíková puma má výtěžnost mnohem vyšší a využitelnost pro výrobu energie zhruba stejnou. Používá větší rozbušku a zapaluje víc vodíku najednou jinak to vyjde nastejno. Menší výbuch je pořád výbuch.

Odpovědět


Re: Když už se bavíme o explozích

Pavel K2,2021-08-18 18:59:06

Ale zase na druhou stranu všechny běžné pístové spalovací motory získávají energii malými výbuchy. Tak principielně bych to zatím nezatracoval. Ovšem, k praktickému využití to je podobně daleko jako od cesty na Měsíc k cestě do středu Galaxie.

Odpovědět


Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Josef Hrncirik,2021-08-18 19:49:09

Aby nedocházelo k těmto malým výbuchům (klepání motoru), používal se menší kompresní poměr
a do benzínu se pro zvýšení oktanového čísla přidával antidetonátor, tetraetylvolovo.

Odpovědět


Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Jiří Hofman,2021-08-18 20:02:25

K výbuchům v pístovém spalovacím motoru dochází vždy. Antidetonátory se používají v benzínových motorech, aby nedocházelo k předčasným výbuchům. Je totiž žádoucí, aby k výbuchu došlo až v okamžiku, kdy se na svíčce objeví jiskra.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

D. Hruška,2021-08-18 20:21:30

Výbuch není synonymem detonace. Detonace se šíří nadzvukovou rychlostí. Výbuch je obecnější termín.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Kamil H.,2021-08-18 22:42:18

Dohledal jsem rychlosti hoření a detonace v motorech - při hoření se plamen se šíří rychlostí srovnatelnou s rychlostí pístu, kolem 30 m/s. Rychlost detonace je řádově vyšší - 2000 m/s.

I kdyby se podařilo dostat z experimentu více energie, než kolik je do něj vloženo, nebude jednoduché jí efektivně převést na mechanickou práci. Doba termojaderné reakce se pohybuje kolem 100 pikosekund, rychlost šíření reakčních produktů bude o několik řádů vyšší než u detonace.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

D. Hruška,2021-08-18 23:20:25

Předpokládám, že to bude podobný problém jako ve fúzním tokomaku. Většina uvolněné energie nebude na stěny působit ve formě mechanického tlaku ale ve formě vysokoenergetických částic a záření s tepelným účinkem.

Nabízí se ale otázka, jak by jim ty přesné lasery ostřily, kdyby experiment prováděli ve žhavé nádobě jednou za sekundu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Josef Hrncirik,2021-08-20 21:02:35

Hohlraum prý převážně z drahého a toxického Be se vypaří řekněme během 1 ns. Dýmy Be + zbytek T2 asi odsají, do žhavého prostoru nainstalují novou kryogenní čistou vodíkovou bombu v novém hohlraumu, nabijí kondenzátory ev. zkontrolují zaostření a znovu vypaří hohlraum i s ev. optikou a elektronikou hohlraumu. Pohlcením n v Li budou s malou účinností "regenerovat" potřebné T. Teplo by měli odebírat do chladiva alespoň při 300°C. 4 MW tepla by mohli odebírat do vody varem na ploše stěny kotle cca 0,4 m2 tj. v kouli /soukoulí/ cca průměru 36 cm se 198 okénky pro laserové paprsky čistěnými hlavně zevnitř. Za hodinu by to dalo až 1 MWh za cenu pouhých 3600 hohlraumů z Be a nákladů na recyklaci Be a T.
Pochopitelně jde jen o to, vybavit každého žoldáka vodíkovou bombou na baterky, kondenzátory, lasery, čočky a trochu směsi LiD + LiT v Be hohlraumu ři zdokonalit bojové lasery.
Čočky energetických laserů příliš přesné či citlivé nejsou. Mají 40x40 cm; zatížení jen 6 J/cm2 a ohniskovou délku 7,7 m.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Josef Hrncirik,2021-08-20 21:05:55

Pochopitelně že v kotli je mnohem lepší topit autogenem než pomocí Be plasma.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Josef Hrncirik,2021-08-21 09:28:56

Našel jsem údaje pro hohlraum na uvolnění cca 17 MJ: 1,5 g Be(stěna koule d=cca 15 mm, tl. Be 1,1 mm; 0,11 g kryogenního skla T2+D2; uvnitř zlomky mg plynu T2+D2. Be multiplikuje neutrony až 2x, ale teprve při tloušťce 10 cm. V 1 mm je multiplikace jen 1,007. Zmenšením kapsle na aktuálních cca 2 MJ, pak rozprášíme cca 0,15 g Be + 11 mg kryogenního ledu T2+D2. Plasma bude mít teplotu cca 8 MK a před ochlazením v reaktoru povrchu 0,4 m2 (tj. objemu 24 l bude mít tlak až 470 atm. dopad cca 1 kJ/cm2 vypaří cca 0,18 mm tloušťky Fe kotle, roztavit by dokázal 1,38 mm tloušťky, ale NATO nebude mít dost času. Za hodinu by se stěna kotle ztenčila o pouhých 650 mm. Pochopitelně by se vypařil i kus držáku v blízkosti kapsle, i kdyby byl z W či grafitu. Hybnost Be plasma před dopadem je cca 25 N.s a její zachycení odpovídá ustání zpětného rázu jen cca 2 výstřelů z pušky.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Josef Hrncirik,2021-08-19 08:05:57

Podezřelá shoda.
Wayback Machine (archive.org)
v sekci: Paliva pro zážehové motory rozlišuje normální neboli horké spalování, rychlost šíření plamene od svíčky 10 – 25 m/s probíhá vedením tepla z plamene do nezapálené směsi;
Podstatou detonačního spalování je řetězová aldehydická reakce v příliš horké směsi (stlačené (adiabaticky)) příliš reaktivního málo větveného uhlovodíku, kdy vzniklé aldehydy dávají s kyslíkem peroxidy rozpadající se na radikály OH. a RCO. ; RCO. Reakcí s O2 poskytnou znovu reaktivní aldehyd a velmi reaktivní OH. .
Lavinovité nastartování štěpných reakcí zvýší rychlost šíření plamene 10x – 100x (až na 3 km/s; plamen se pak šíří nikoliv vedením tepla, ale jako detonační vlna), zapálení se šíří kompresí detonační vlnou do nespálené směsi rychlostí zvuku v horkých spalinách, tj. nadzvukově oproti studené směsi. Prudce vzroste tlak, při nárazu vlny do válce se válec více zahřívá. Spalovací prostor a celý motor se rozkmitá a rezonancí s hmotou motoru vzniká slyšitelné klepání.
Energie ztracená vysokofrekvenčním kmitáním citelně namáhá pístovou skupinu, hlavně ložiska a snižuje i výkon motoru.
Nedá se to rozumně kopírovat; buy article! (věcný a podrobný). Zasekává se mi počítač.
Podzvukové spalování = deflargace. Nadzvukové = detonace
Exploze? 250 m dlouhé vzducholodi Hindenbug bylo vlastně jen shoření 200000 m3 H2 během 32 s. Plamen se šířil podél hořícího obalu rychlostí cca 8 m/s; asi to hučelo, ale nebyla to exploze. Výkon kotle cca 63 GW. Pokud by v Hindenbergu byla už jen promíchaná tř. směs místo ideálních 1 /2,5 vz. postačujících 1/1,3 ; energie uvolněná by nebyla 2 TJ, ale jen cca 1 TJ, ale během cca 1/8 s. (det. rychlost cca 2 km/s). Výkon nálože cca 8 PW. Do tlakové vlny by šlo cca 0,5 TJ, eq, TNT = 125 tun TNT dobře slyšitelných. Pokud by přitom rozptýlených až cca 3 t nafty vytvořilo termobarickou Matku všech bomb, přibylo by jen cca 20 t TNT. Při požáru zahynulo 35 lidí z posádky + 1 z posádky na Zemi.¨
V domě žhářů se v pepři uvolnilo cca 3,2 MJ během ? neznáme ? tajné doby řekněme ?100 ps.
TNT eqv. = 0,8 kg.
Antoníne, topiči elektrárenský, do kotle přilož 0,5 kg TNT ; n, T+ granáty!

Odpovědět


Re: Když už se bavíme o explozích

Marek Vejša,2021-08-18 20:53:39

Já myslím že výbuch termojaderné pumy na tom není o nic slavněji, než tyto pokusy. Většina energie nepochází z fůzní části. Ta slouží predevším jako zdroj neutronů, které doštěpí tamper, který může být klidně i z uranu 238. Taky doštěpí zbyt po iniciační štěpné roznětce. Proto se označují jako tří a více stupňové. Takže ani na tomto poli fůze energeticky nijak moc nezazářía

Odpovědět


Re: Re: Když už se bavíme o explozích

D. Hruška,2021-08-18 22:11:23

Pro větší část termojaderných pum platí, co tvrdíte, ale jenom proto, že tak lze dosáhnout lepšího měrného výkonu pumy vztaženému k hmotnosti a rozměrům, ale vůbec to není nutné. Záleží, jestli uděláte tamper z uranu nebo např. z olova. Rekordní fúzní účinnosti dosáhla Car bomba - 97% energie pocházelo z fůze. Kdyby byl tamper a obal z uranu, byla by síla bomby zhruba dvojnásobná, ale také bomba vytvořila řádově více jaderného spadu.. U některých bomb přímo existuje "čistá" a "špinavá" verze.

Odpovědět


Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Vít Výmola,2021-08-19 10:44:51

Car bomba je dokonce uváděna jako nejčistší jaderná bomba vůbec - právě díky vysokému podílu energie pocházející z fúze.
(Mimochodem, opravdu je to "fúze" s ú. Slovo "fůze" neexistuje.)

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

D. Hruška,2021-08-19 11:07:33

"Nejčistší" jen s ohledem na fúzní účinnost. Pořád vytvořila o řád více radioizotopů než Litle Boy svržený na Hirošimu. Ale např. Ve srovnání s 3x slabším zařízením Shrimp experimentu Castle Bravo byla Car Bomba čisťounká. To byl naopak zřejmě nejšpinavější jaderný experiment vůbec.

Za chyby se omlouvám, není zde vůbec dobré rozhraní pro psaní z mobilu.

Odpovědět


Re: Re: Re: Re: Re: Když už se bavíme o explozích

Vít Výmola,2021-08-19 11:48:52

Moje grammarnazi poznámka nebyla primárně určena vám, jen jsem využil svého komentáře k upozornění na nešvar, který se v diskuzích (a někdy i v článcích!) opakovaně objevuje.

Odpovědět



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