NIF
Laserové zařízení NIF v americké Kalifornii je největším zařízením na světě, ve kterém probíhá výzkum jaderné fúze s inerciálním udržením paliva. Zařízení disponuje 192 lasery o celkovém výkonu až 500 TW, které dokáží do palivového terče dopravit více než 2 MJ energie. V roce 2021 bylo na zařízení dosaženo významného úspěchu, když se při experimentu N210808 podařilo uvolnit 1,3 MJ fúzní energie. O rok později v prosinci 2022 následoval rekordní experiment N221204, při kterém se podařilo uvolnit 3,15 MJ fúzní energie, což bylo více než množství energie dopravené do palivového terče a poprvé v historii tak bylo splněno Lawsonovo kritérium vědeckého vyrovnání.
Při experimentu N221204 byla palivová kapsle ve tvaru kuličky o průměru 2,1 mm a hmotnosti 4,25 mg umístěna do tzv. hohlraumu, malé komůrky o průměru 6,4 mm a výšce 11,24 mm vyrobené z ochuzeného uranu a uvnitř pokryté tenkou vrstvou zlata. Palivová kapsle byla v hohlraumu zavěšena pomocí dvou polymerových formvarových membrán o tloušťce 45 nm.
Terčem laserů byl hohlraum. Všech 192 ultrafialových laserových paprsků o vlnové délce 351 nm bylo nasměrováno na vnitřní povrch hohlraumu. Lasery byly do hohlraumu nasměrovány ve čtyřech laserových kuželech v úhlech 23°, 30°, 44° a 50° vzhledem k jeho svislé ose. Při výstřelu lasery předaly hohlraumu energii 2,05 MJ s výkonem 440 TW. Při ozáření zlatá vrstva emitovala intenzivní rentgenové záření, které vyplnilo vnitřek hohlraumu dříve, než se uranový hohlraum vypařil. Rentgenové záření šokově s vysokou homogenitou ohřálo a odpařilo vrchní, ablační, vrstvu palivové kapsle.
Ablační vrstva o tloušťce 86 μm byla vyrobena z nanokrystalického diamantu o vysoké hustotě HDC (High Density Carbon). V blízkosti vnitřního povrchu byla vrstva dopována wolframem bránícím předčasnému ohřátí paliva uvnitř kapsle, které by bránilo stlačení paliva. Pod ablační vrstvou byla vrstva zmraženého DT paliva o tloušťce 64,5 μm a vnitřek kuličky byl vyplněn plynným DT palivem. Hmotnost paliva byla 220 μg. Při rentgenovém záblesku došlo k odpaření většiny ablační vrstvy a její zbytky stlačily palivo rychlostí 380-400 km/s na přibližně 2000 krát vyšší hustotu. Tlak v palivu při stlačování překročil 600 miliard atmosfér. Časově proměnný výkon každého z laserů přitom umožnil optimalizovat kompresi paliva a symetrii imploze.
Kompresí se palivo ohřálo na teplotu 50 - 70 milionů °C. Vysoká hustota a teplota odstartovaly fúzní reakci, která následně ohřála palivo až na 150 milionů °C. Při fúzní reakci se spotřebovalo 4,3 % paliva, což bylo trojnásobné množství oproti přechozímu experimentu N210808. Elektrická účinnost laserů byla menší než 1 % a lasery při experimentu spotřebovaly 322 MJ energie.
Při popsaném experimentu N221204 bylo dosaženo uvolnění fúzní energie 3,15 MJ při energii dopravené do terče 2,05 MJ. Zařízení NIF tak dosáhlo zesílení ve výši 1,5. V roce 2023 vědci pokračovali v experimentech s optimalizovanými lasery a terči a výsledek se podařilo nejen zopakovat, ale i překonat. V červenci 2023 se při výstřelu N230730 uvolnilo rekordních 3,88 MJ při energii dopravené do terče 2,05 MJ. V říjnu pak bylo ověřeno, že nižší energie dopravená do terče 1,9 MJ také vede k překročení Lawsonovo kritéria díky optimalizovanému terči, i když s menším výtěžkem energie 2,4 MJ. K závěru října se pak podařilo dále zdokonalit optickou soustavu laserů a zvýšit energii dopravenou do terče na 2,2 MJ, přičemž se uvolnilo 3,4 MJ fúzní energie. Experimenty potvrdily zásadní důležitost vysokého výkonu laserů a současně vysoce sofistikované konstrukce hohlraumu a ablační vrstvy palivové kapsle.
 Uvolněná fúzní energie při experimentech NIF. Kredit LLNL.
|
Čtyři úspěšné experimenty NIF. Kredit LLNL.
|
JET
Souběžně s výzkumem na laserovém zařízení NIF probíhal intenzivní výzkum na tokamaku JET (Joint European Torus) s magnetickým udržením paliva. Tokamak JET je evropský tokamak postavený v britském Culhamu nedaleko Oxfordu. Po celou dobu svého provozu byl JET největším fúzním reaktorem na světě. V únoru tohoto roku JET po 40 letech ukončil provoz.
V rámci rozsáhlých výzkumných aktivit na tokamaku JET proběhly tři výzkumné kampaně s vysokým fúzním výkonem, kampaň DTE1 v roce 1997, DTE2 v roce 2021 a DTE3 v roce 2023. V roce 1997 JET dosáhl fúzního výkonu o velikosti 16 MW, v roce 2021 dokázal uvolnit 59 MJ fúzní energie a v roce 2023 uvolnil při experimentu 104522 nejvíce fúzní energie ze všech zařízení na světě 69 MJ.
Rekordní experiment 104522 měl za hlavní cíl optimalizaci provozního scénáře při vysokém fúzním výkonu. Díky účinné stabilizaci plazmatu se při experimentu podařilo uvolnit rekordní množství fúzní energie.
V reaktoru bylo vytvořeno divertorované toroidální plazma ve tvaru D o malém průměru 1,8 m při průměru prstence 6 m a objemu přibližně 90 m3. Plasma bylo udržováno v ose reaktorové komory helikálním magnetickým polem o velikosti 3,85 T. Palivo tvořily ionty deuteria a tritia v poměru 2:8 o hustotě přibližně 9×1019 částic/m3. Nezvyklý poměr izotopů paliva a aplikace deuteriových ohřevových svazků umožnil maximálně využít reakční potenciál urychlených iontů deuteria s nadtepelnou rychlostí v procesu beam-target fúzních reakcí. Za určitých okolností, především v současných nedostatečně velkých reaktorech, může být tento postup výhodnější než palivový mix 1:1 udržovaný při vyšší teplotě, kdy jaderná fúze probíhá především na základě termálního rozdělení iontů plazmatu.
Po vytvoření bylo plazma ohříváno elektrickým proudem o velikosti 2,5 MA, svazky urychlených neutrálních atomů deuteria o energii 130 keV a výkonu 30 MW a elektromagnetickými vlnami na iontové cyklotronové rezonanční frekvenci deuteria 25 MHz o výkonu 5 MW. Sekundu po spuštění reaktor dosáhl provozní elektronové teploty plazmatu 10 keV a fúzní výkon překročil 12 MW. Reaktor pak 5 sekund udržoval fúzní výkon mezi 14 a 11 MW. Průměrné zesílení reaktoru bylo 0,36. Neutronový tok se pohyboval od 4×1018 do 5×1018 n/s.
Konstrukce reaktoru byla před horkým plazmatem chráněna první stěnou vyrobenou z beryllia, divertorové terče, na které kontinuálně dopadá plazma, byly wolframové. Fúzní reakce spotřebovala 0,2 mg DT paliva. Po dobu experimentu reaktor kontinuálně uvolňoval fúzní energii o vysokém výkonu a jeho tepelný výkon se pohyboval okolo 48 MW.
Reaktor JET s úspěchem zopakoval a zdokonalil experimenty s vysokým fúzním výkonem z předchozí kampaně v roce 2021. Za celou kampaň JET uvolnil více než 500 MJ fúzní energie. Tím prokázal spolehlivost a vyspělost operačních scénářů a provozních metodik tokamaků. Vyzkoušené operační scénáře budou hlavním podkladem pro sestavení operačních scénářů a úspěšný provoz reaktoru ITER a evropského prototypu fúzní elektrárny DEMO.
 Uvolněný fúzní výkon a energie při experimentech JET. Kredit EUROfusion.
|
 Snímky vnitřku reaktoru JET v průběhu experimentu 104522. Plazma je průhledné, záře v dolní části reaktoru ukazuje interakci plazmatu s divertorovými terči. Kredit EUROfusion.
|
Shrnutí
Dosažené rekordní výsledky znamenají významný průlom ve fúzním výzkumu a potvrzují, že fúzní výzkum magnetického i inerciálního udržení paliva směřuje správným směrem. V současnosti dále pokračuje výzkum fyziky plazmatu s cílem hlubšího porozumění fyzikálním procesům v horkém plazmatu a vývoj technologií fúzních zařízení.
Výzkum jaderné fúze s inerciálním udržením paliva je zatím ve fázi fyzikálního výzkumu, avšak výzkum jaderné fúze s magnetickým udržením paliva již řeší technologické otázky a je připraven pro transfer do energetiky. Zahájení výstavby prvních fúzních elektráren se očekává okolo roku 2040.
Video: Lawrence Livermore National Laboratory achieves fusion ignition
Další doporučená videa:
Další doporučená videa:
Předběhla opravdu australská HB11 ostatní fúzní zařízení?
Autor: Vladimír Wagner (04.04.2022)
Podrobné informace o dosažení inerciálního zapálení fúze v zařízení NIF
Autor: Vladimír Wagner (26.08.2022)
Reálný význam současného průlomu v termojaderné fúzi na zařízení NIF
Autor: Vladimír Wagner (17.12.2022)
Fúze protonu s bórem 11 v magneticky udržovaném plazmatu
Autor: Vladimír Wagner (06.03.2023)
Rekordy zařízení JET a dalších tokamaků – současný stav fúze
Autor: Vladimír Wagner (21.02.2024)
Diskuze:
Cesta je ještě daleká
F M,2024-04-30 01:02:47
Připojím se k poděkování za článek.
Na jedné straně je vidět spousta odvedené práce a obrovský pokrok, na druhé z těch tabulek přímo čiší ten propastný rozdíl mezi tím čeho se dosahuje a tím co je třeba, zvlášť když se zohlední i čas po který tyto procesy běží / frekvence se kterou pokusy probíhají u toho inerciálního udržení.
Docela mě zarazilo prohlášení autorů článku: "Zahájení výstavby prvních fúzních elektráren se očekává okolo roku 2040". Myslel jsem si, že DEMO je jen jedno a bude se stavět až již nějakou dobu ITER poběží, ale nešel jsem toto
https://en.wikipedia.org/wiki/DEMOnstration_Power_Plant
Stránka je obsažnější vytrhnu jen tohle. Je to to co je tím myšleno? Nebo je je ještě jinde výhled v tomto časovém rámci to stihnout.
Počeštěno, učesáno: "Oznámení britské atomové energie ze dne 3. října 2019 o reaktoru Spherical Tokamak for Energy Production (STEP) na rok 2040, který bude připojen k síti, naznačuje, že kombinovaný fázový stroj DEMO/PROTO bude zjevně navržen tak, aby přeskočil harmonogram ITER. Čínský navrhovaný stroj CFETR , gigawattový generující reaktor připojený k síti, překrývá časový harmonogram DEMO. Japonsko má také plány na DEMO reaktor, JA-DEMO, prostřednictvím svého modernizovaného JT-60, stejně jako Jižní Korea (K-DEMO)"
Pokud je to ono nezdá se mi úplně čisté podat, to takto, spíše bych volil termín pokusná elektrárna, nebo klidně i Demo/demonstrační elektrárna. Myslím, že takto to může dost lidí zavést tak, že si budou myslet, že se v polovině padesátých let budou stavět komerční reaktory. Tedy ne že bych si to nepřál.
Docela mě překvapilo, že to hohlraum je z uranu. Člověk by čekal nějaké nepříjemné izotopy, ty neutrony ten uranový plyn nezasáhnou v podstatném množství/energii? Nebo ty izotopy vznikají "rozumné" ne horší než u zlata?
Re: Cesta je ještě daleká
D@1imi1 Hrušk@,2024-04-30 12:32:27
Připojuji se k výborné otázce ohledně hohlraum. Vůbec mě při čtení netrkla. Na wikipedii píšou, že při fúzi deuteria vzniká v poměru 50:50 Helium-3 + neutron a tritium + pozitron. Neutrony s hohlraum, předpokládám, reagovat budou a je otázka, jak významné množství radioizotopů vznikne. Na druhou stranu si říkám, že kdyby docházelo k významnějšímu štěpení uranu, ovlivnilo by to energetickou bilanci výbuchu a článek by to zmínil.
Rovnici fúze deuteria (při které se uvolňují neutrony) jsem našel v následujícím článku dole. Je možné, že jsem něco podstatného pochopil špatně, kdyžtak prosím o opravu/vysvětlení.
https://en.wikipedia.org/wiki/Deuterium_fusion
Ohledně roku 2040 - ten vychází z léty prověřeného úzu, že fúzní elektrárny budeme mít za 20 let. Navíc teď jsme tomu o 60 let výzkumu blíže než v počátcích :-)
Omlouvám se autorům za nejapný fórek, já tomu výzkumu fandím, ale zároveň jsem realista. Navíc rozlišuji mezi technickou proveditelností a ekonomickou smysluplností. Např. vyrábět a skladovat vodík ze solární energie je technicky možné už desítky let, ale ekonomicky se to zdaleka nevyplatí.
Každopádně optimismus je potřeba, aby nechybělo odhodlání :-)
Pro kritiky jen dodám, že do výzkumu fúze jde o řád méně prostředků než do výzkumu vesmíru. Za rok 2023 byl rozpočt NASA 25mld. USD a rozpočet ESA 5mld. Eur. Dohromady to je zhruba rozpočet ITERu za celou dobu jeho existence.
Re: Re: Cesta je ještě daleká
D@1imi1 Hrušk@,2024-04-30 12:46:24
K té reakci: tritium + proton (ne pozitron). To se opravím sám ;-)
Re: Re: Cesta je ještě daleká
F M,2024-05-01 00:27:20
A jo čas t (současnost) + 20let, na to jsem zapomněl, takže o 4r zlepšení. Tedy absolutně souhlasím s potřebou pokračovat i s tím, že náklady jsou relativně malé a potenciální přínos snad ani nelze k žádné jiné technologií přirovnat (tedy leda tak absolutně základní jako oheň).
Napadlo mě, samozřejmě po té co jsem to odeslal, že ten uran je trochu stíněn tím materiálem obalu. Nejsem příliš schopen představit si jak daleko budou jednotlivé odpařené komponenty v momentě kdy je zasáhnou ty neutrony, ale nečekal bych nějaký velký pokles toku zvýšením poloměru/povrchu vzdálením od středu.
Je možné že jelikož reaguje tak málo materiálu ty 4,3% z miligramů, ale teď si nejsem jistý jestli to není celá kapsle a paliva není ještě méně, tak toho radioaktivního materiálu nevznikne mnoho. Nebo nestačí/nesedí energie těch neutronů.
Nevím jak myslíte ten úvod zde fúzuje deuterium a tritium. Deuteria fúzují hůře, ale to zde nemá vliv (kromě energie toho neutronu) ten neutron je tam také. Pokud nezareaguje někdo znalejší, tak to bylo v těch videích u fúze dříve. Možná i v těchto pod článkem, ještě jsem nekoukal.
Re: Re: Re: Cesta je ještě daleká
D@1imi1 Hrušk@,2024-05-01 02:02:31
Úvod ohledně deuteria je jen chyba ze zbrklosti. Přitom mi to přišlo jako nějak neobvyklé palivo.
Každopádně otázka, zda a jak moc se štěpí ten uran, zůstává
Re: Cesta je ještě daleká
Martin Novák2,2024-04-30 19:48:10
Původně byl hohlraum ze zlata právě kvůli izotopům, ale asi měli nižší energetickou výtěžnost :-)
Uran má neutrony rád...
Re: Cesta je ještě daleká
Slavomír Entler,2024-05-01 10:43:24
Nejprve k hohlraumu.
Použití uranu má jednoduchý důvod - poskytnout více času na stlačení palivové kapsle. Výstřelem laserů dojte nejprve k iniciaci rentgenového záření, které ale trvá jen tak dlouhou, než se hohlraum rozlétne. Setrvačnost těžkého uranu umožní oproti zlatu o zlomek sekundy déle vyzařovat rentgenové paprsky. Takže nejde o uran, ale jde o co nejtěžší materiál. Materiál by ovšem měl být dostupný, a ne moc drahý, takže ochuzený uran je dokonalý kandidát, protože jde o odpad výroby palivových článků elektráren a bomb. A ještě je druhý důvod: ochuzený uran již dávno funguje jako obal ve termojaderných bombách se stejným cílem - dát čas na stlačení termojaderné náplně.
K ozáření uranu nedochází, protože v době fúzního zapálení již hohlraum neexistuje. Vypaří se už při výstřelu laserů, i když o malou chvilku později, než kdyby byl ze zlata.
K prvním elektrárnám.
Všichni účastníci projektu ITER kromě Ruska (EU, GB, USA, Čína, Japonsko, Jižní Korea, Indie) chystají své fúzní elektrárny sami za sebe. Není zde žádná mezinárodní dohoda a každý svůj projekt pojmenoval jinak. Půjde o první elektrárny, které budou demonstrovat výstavbu a funkčnost fúzních elektráren.
První evropská elektrárna označovaná jako DEMO je už v pokročilé fázi projektové přípravy a v principu by bylo možné zahájit výstavbu v krátké době. Evropská představa je zahájit výstavbu elektrárny DEMO hned poté, co ITER provede rozhodující testy na plném výkonu a potvrdí funkčnost navržených komponent a technologií. Předpokládá se tak zahájení výstavby okolo roku 2040. Výstavba a zprovozňování může trvat 10-15 let. Cílem projektu je, aby se firmy a investoři naučili stavět a provozovat fúzní elektrárny. První vlna komerčních fúzních elektráren může následně přijít v letech 2080-2090.
Re: Re: Cesta je ještě daleká
D@1imi1 Hrušk@,2024-05-01 11:46:40
Dobrý den, děkuji, že jste si našel i čas na odpovědi v diskusi.
Ad Uran:
1. Hohlraum se sice odpaří, ale jeho zbytky zůstanou v reaktorovém prostoru. Odstíněny nebudou, jen budou dál od fúzní reakce a tudíž na ně bude působit menší tok neutronů.
2. V termojaderných bombách je U-238 použitý v obalu štěpen rychlými fúzními neutrony. Toto štěpení se podílí z více než 50% na celkové energii termonukleárních hlavic. Což zároveň znamená, že při explozi vznikne velké množství radioizotopů. Existují i tzv. čisté termonukleární hlavice, které místo uranu používají olovo, díky čemuž je radioaktivního spadu mnohem méně. Jsou ale o to slabší.
Je možné, že díky větší vzdálenosti odpařených zbytků hohlraumu od fúzní reakce je štěpení uranu fúzními neutrony zanedbatelné, ale inženýři NIF se tím jistě museli přesně zabývat, takže dozvědět se jejich závěry by bylo zajímavé.
Re: Re: Re: Cesta je ještě daleká
Slavomír Entler,2024-05-01 16:07:14
Atomy uranu se velmi vysokou rychlostí rozlétnou z centimetrového hohlraumu do velkého objemu komory o průměru 10m a díky tomu bude jejich interakce s fúzními neutrony zcela výjimečná. Ani v případě srážky nemusí dojít ke štěpení. Komora se nepřetržitě evakuuje, takže budou případné atomy produktů štěpení odsáty a zachyceny na filtrech, které lze analyzovat. Z toho, že je komora mezi výstřely přístupná bez jakékoliv ochrany, lze jen usuzovat, že je štěpení zanedbatelné.
Re: Re: Re: Re: Cesta je ještě daleká
D@1imi1 Hrušk@,2024-05-01 19:59:30
Ještě jednou děkuji. Tu komoru jsem si představoval výrazně menší.
Re: Re: Re: Cesta je ještě daleká
Pavel Kaňkovský,2024-05-02 03:04:50
Účinný průřez pro štěpení rychlým neutronem je u U235 i U238 asi 1 barn (10^-28 m^2). Jestli jsem to spočítal dobře, tak mi střední volná dráha rychlého neutronu v uranu pevného skupenství za standardní teploty a tlaku vyšla asi na 20 cm. Vrstva ochuzeného uranu ve stěně hohlraumu je prý tlustá jen 7 mikrometrů (viz https://www.osti.gov/servlets/purl/1209256). Takže neutronů, které se strefí do jádra uranu a rozštěpí ho, bude jen velmi málo, asi tak řádově jeden z 10 tisíc. Pokud se to stihne dost rychle vypařit a rozptýlit, tak to bude ještě méně.
Re: Re: Re: Re: Cesta je ještě daleká
F M,2024-05-02 12:07:02
Tady mi asi leží ten zakopaný pes, uvažoval jsem spíše mm až centimetr materiálu. Popravdě jsem to hledal než jsem zahájil diskusi, ale v rozumné době jsem to množství materiálu nenašel, teď se dívám že i podle schématu hohlraumu zde v článku je očividné, že vzhledem ke kapsli je průřez malý. Což řeší i další věc, tedy pokovování vnitřku "reaktoru" neevakuovanými zbytky. Nalezl jsem pouze "drsnost povrchu menší než 1 mikrometr".
K té střední dráze jsem našel toto, je to pevné palivo v reaktoru, tedy nevím jak přesně jsou myšleny ty "energetické skupiny", ale konec by měl zahrnovat rychlé neutrony (0,5-10 MeV),je tam pěkně vidět v tom grafu jak ta "dráha letí nahoru".
https://www.researchgate.net/figure/The-neutron-mean-free-path-of-U-235_fig2_361333603
Ty tloušťky, nevím kdy ale při odklepávání neoprávněných přístupů se mi stáhlo PDF, 0,7/7/22,3 mikrometru Au/DU/Au takže tam toho uranu je i v poměru k zlatu málo. Tedy je možné, že se testovalo víc tipů, z časových důvodů nezvládám prostudovat celé, ale nevypadá to tak.
Abstrakt ze zmiňovaného článku např. zde https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.115.055001
Vyzobnu a počeštím/polidštím/doplním (tedy snad):
"Uranové hohlraum poskytuje vyšší albedo (asi bych se nenechal zavést světlostí, bude myšlena ta hmotnost/hustota uranu zmiňovaná v reakci výše, která umožní to odrážení o chviličku déle) a tím i zvýšený pohon (zrychlení, tlak) ekvivalentní dodatečnému výkonu 25 TW laseru na vrcholu pohonu (v kritický moment je tam víc výkonu) ve srovnání se standardními zlatými hohlraums, což vede k vyšší rychlosti imploze. Navíc pozorujeme tvar hot-spotu blíže ke kouli/kulatější, což naznačuje (lepší řízení/průběh reakce).
Nyní byly všechny naše nejvýkonnější experimenty provedeny v uranových hohlraum a dosáhly celkových výnosů blížících se k 10E16 neutronu (jeden z produktů fúze), kde více než 50 % výtěžku bylo způsobeno přídavným ohřevem alfa částic zastavujících se v DT palivu (?50% of the yield was due to additional heating of alpha particles stopping in the DT fuel. Myslím že energie/teplo zachycených fúzních alfa částic produkuje další fúzní reakce (ale nechávám tu u toho ten ?))".
192 laserov?
Igor Druhý,2024-04-28 19:39:34
Zařízení disponuje 192 lasery o celkovém výkonu až 500 TW, které dokáží do palivového terče dopravit více než 2 MJ energie.
Myslím, že to nie je celkom správna informácia.
Z minulých článkov si pamätám, že laser je jeden, ktorý je rozdelený na 192 lúčov a tie sa potom symetricky spájajú v palivovom terči.
Re: 192 laserov?
Slavomír Entler,2024-05-01 09:27:45
Máte pravdu, že zdrojem je jediný Master Oscillator, IR vláknový laser dopovaný ytterbiem. Avšak každý ze 192 paprsků je individuálně zesilován v Neodymium-doped phosphate glass lasers. Lze proto používat jak označení "zesílené paprsky" tak "lasery".
Pokud někdo uvedl, že je jeden laser rozdělený na 192 paprsků, které se pak spojují v terči, tak je to jen nepřesná zkratka. Laser o takovém výkonu neumí nikdo vyrobit.
Laická otázka
Daniel Slovák,2024-04-27 20:17:41
Všetky tie fotografie plazmy zvnútra tokamakov sú urobené ako ? Je tam 100 miliónov Celzia, ako to vydrží fotografická technika ?
Re: Laická otázka
F M,2024-04-27 23:56:10
Ta teplota je v středu plazmatu, potom bude rychle klesat za okrajem padat, nemůžu mluvit za všechny tokamaky, jsem laik, ale je tam mimo to magneticky držené plasma vakuum, i aby se to plasma nebrzdilo/nechladilo o další hmotou. Ale ty podmínky, zvlášť pokud bude probíhat fúze a budou tam neutrony, nebudou zrovna této technice přející. Tak bych se k otázce připojil a rozšířil ji.
Re: Laická otázka
Pavel Kaňkovský,2024-04-28 11:53:43
Hádám, že ot bude něco jako toto:
https://www.ipp.cas.cz/vedecka_struktura_ufp/tokamak/COMPASS/diagnostics/spektroskopicke-diagnostiky/rychle-kamery.html
Kamera dovnitř nakukuje průzorem ve stěně tokamaku.
Re: Laická otázka
Slavomír Entler,2024-05-01 08:57:31
Plazma je sice horké, ale také řídké. Obvykle je teplo přenášeno pouze radiací a konstrukce, průzory nebo senzory se podle potřeby chladí na potřebné provozní teploty. Například je vodou chlazena vakuová nádoba a průzory nebo senzory se chladí kontaktem s nádobou. Kamery jsou až za průzorem a často se také montují na speciální objektivy, které umožní kameru umístit dále od nádoby.
Pokud dochází k interakci plazmatu s materiálem, jako na fotografiích v divertoru ve spodní části reaktoru (kde to svítí), pak se u větších reaktorů řeší odvod vysokých tepelných toků. Jde o aktuální zajímavé strojařské téma. Při nižších tocích postačí turbulizátory chladícího média, pro vyšší toky se vyvíjejí chladiče na bázi například varu podchlazené kapaliny.
Poděkování
D@1imi1 Hrušk@,2024-04-27 15:02:17
Děkuji za skvělý článek. Zvláště oceňuji formu, která je stručná, přesto nabitá podstatnými informacemi.
Účinnost laserů
Martin Redl,2024-04-26 11:58:34
Proč je ta elektrická účinnost laserů tak malá?
Re: Účinnost laserů
Lukáš Král,2024-04-27 18:38:38
Jedná se o pevnolátkové lasery (Nd:sklo) buzené výbojkami. Proto jsou tam velké ztráty - jde o dlouhý řetězec jevů (konverze elektřiny na světlo výbojky, jen malá část vzniklého světla excituje Nd atomy laserového krystalu, pak účinnost samotné stimulované emise, ztráty na zrcadlech, optických spínačích a prostorových filtrech, no a nakonec ještě konverze z IR na UV světlo (účinnost údajně cca. 50 %).
Dnes už jsou pokud vím podstatně účinnější laserové technologie (zejména díky buzení laserovými diodami místo výbojek), ale design laserů používaných v NIF pochází ještě z 90. let.
Re: Účinnost laserů
F M,2024-04-28 00:22:46
https://en.m.wikipedia.org/wiki/National_Ignition_Facility
Pokud vás zajímá jen ta účinnost a nechcete číst dlouhý článek tak Klíčová slova v textu jsou "3 MJ" a pár odstavců okolo. Konkrétně v tomto jsou ty ztráty z 3MJ po těch cca 15 kJ které "skončí" v palivu. Tedy až konec toho řetězce z příspěvku výše.
Počeštěno a zkráceno: "V typickém experimentu laser generuje 3 MJ infračervené laserové energie. Po přeměně na UV zbývá asi 1,5 MJ a dalších 15 procent se ztrácí v hohlraumu. Asi 15 procent výsledného rentgenového záření, asi 150 kJ, je absorbováno vnějšími vrstvami cíle a nakonec se v samotném palivu skončí pouze asi 10 až 14 kJ energie." Z výchozích cca 300MJ.
Re: Re: Účinnost laserů
Slavomír Entler,2024-05-01 08:23:56
Díky optimalizaci optiky laserů se podařilo výkon IR zvýšit na 4 MJ, takže výkon UV překročil 2 MJ. Palivová kapsle pak absorbovala 250 kJ a do paliva se dostalo 20 kJ. Právě toto navýšení výkonu oproti předchozímu experimentům byl ten "průlom", který výrazně zvýšil četnost fúzních reakcí.
Uvádí se, že pro spolehlivé prohoření paliva bude potřeba energie UV okolo 5 MJ. To ale NIF aktuálně nedosáhne, a proto bude dál probíhat zdokonalování hohlraumu a palivové kapsle, aby stačila energie, kterou NIF má.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
