Najsilniejszy magnes świata umożliwi fuzję jądrową w tokamaku ITER

Niedawno pisaliśmy o brytyjskim tokamaku ST40, będącym na drodze do komercyjnego wykorzystania fuzji jądrowej. Inne kraje jednak nie pozostają w tyle. W południowej Francji powstaje największy na świecie tokamak, budowany dzięki współpracy specjalistów z 35 państw. Urządzenie o nazwie ITER (łac. droga, podróż) ma stać się pierwszym tokamakiem wytwarzającym energię w ilości przekraczającej dostarczaną do niego energię cieplną. Obecnie jeden z najważniejszych komponentów tokamaka, najsilniejszy na świecie elektromagnes wyprodukowany przez amerykańską firmę General Atomics, jest transportowany do Francji.

Tokamak ITER

ITER ma zademonstrować, że możliwe jest wykorzystanie syntezy jądrowej do produkcji energii na dużą skalę. Będzie to pierwszy tokamak, w którym ta reakcja będzie podtrzymywana przez długi czas. Jego zadaniem jest przetestowanie technologii, materiałów i wymagań fizycznych, które będą wykorzystywane w późniejszej komercyjnej produkcji energii z reakcji syntezy.

Reaktor ITER został zaprojektowany tak, aby można było z niego uzyskać ilość energii dziesięciokrotnie przekraczającą dostarczone ciepło. Moc z zachodzącej w nim syntezy jądrowej ma wynieść 500 MW przy dostarczanych 50 MW. Obecny rekord w tej dziedzinie należy do tokamaka JET, który wytworzył 16 MW mocy z dostarczanych do niego 24 MW mocy cieplnej w 1997 roku, a więc energia wytworzona stanowiła w nim zaledwie 0,67 energii dostarczonej.

Schemat przedstawiający kompletny elektrozawór centralny w środku tokamaka ITER
Schemat przedstawiający kompletny elektrozawór centralny (niebieska/żółta kolumna) w środku tokamaka ITER. Centralny solenoid będzie napędzał prąd plazmy, który umożliwia fuzję. Zamknięta plazma fuzyjna to różowy obszar wewnątrz tokamaka. Źródło: US ITER

Fuzja jądrowa

Za najbardziej efektywną reakcję termojądrową uważana jest synteza deuteru i trytu, której produktem jest jądro helu i neutron. Aby mogła ona zajść, w tokamaku musi zostać wytworzona plazma deuterowo-trytowa o odpowiednio dużej gęstości zwiększającej prawdopodobieństwo reakcji. Niezbędna jest też wysoka temperatura – rzędu 150 mln stopni Celsjusza, ponad dziesięciokrotnie przekraczająca temperaturę wnętrza Słońca. Wyzwaniem jest utrzymanie gorącej plazmy w jednym miejscu, jako że ma ona tendencję do rozszerzania się, natomiast nie można pozwolić jej na dotknięcie innych elementów reaktora – spowodowałoby to ich natychmiastowe stopienie. Urządzenie, którego zadaniem jest oddziaływanie na plazmę na odległość, to nadprzewodnikowy elektromagnes.

Centralny Solenoid czyli najsilniejszy elektromagnes na świecie

Magnes, który zostanie wykorzystany w tokamaku ITER jest znany jako Centralny Solenoid z uwagi na swój spiralny kształt i umiejscowienie w reaktorze. Złoży się na niego sześć modułów ułożonych w stos i otoczonych konstrukcją nośną. Każdy z modułów został wykonany z 6000 metrów materiału nadprzewodnikowego, związku niobu z cyną Nb3Sn. Po złożeniu magnes będzie miał 18 metrów wysokości, 4,2 m szerokości, a jego masa wyniesie około 1000 ton. Dzięki swoim nadprzewodnikowym właściwościom elektromagnes będzie przewodził prąd o natężeniu 15 mln amperów. Uzyskane z niego pole magnetyczne wyniesie 13 tesli, a więc 280 000 razy więcej niż ziemskie pole magnetyczne. Siły, jakich będzie ono źródłem, przekroczą dwukrotnie odrzut powstający przy starcie promu kosmicznego.

Wkład General Atomics

Kluczowy dla działania ITER elektromagnes powstaje w fabryce General Atomics w Kalifornii. Nie jest to jednak jedyny aspekt współpracy GA przy budowie tokamaka. Inne technologie, w których wytwarzanie zaangażowana jest firma, obejmują między innymi:

– elementy linii transmisji mikrofalowej,

– oprogramowanie i narzędzia do kontroli plazmy,

– urządzenia do badania gęstości plazmy,

– kamery diagnostyczne.

Instalacja pierwszego magnesu nadprzewodzącego, cewki poloidalnej #6, w tokamaku ITER. Centralny elektrozawór zostanie zamontowany pośrodku po zmontowaniu zbiornika próżniowego.
Instalacja pierwszego magnesu nadprzewodzącego, cewki poloidalnej #6, w tokamaku ITER. Centralny elektrozawór zostanie zamontowany pośrodku po zmontowaniu zbiornika próżniowego. Źródło: ITER Organization

Długofalowe przedsięwzięcie

Decyzja o wybudowaniu tokamaka ITER we Francji zapadła już w 2005 roku. Po podpisaniu niezbędnych porozumień i formalnym utworzeniu organizacji ITER oraz innych przygotowaniach rozpoczęła się konstrukcja budynków i wytwarzanie komponentów reaktora. Od 2020 roku ITER jest w fazie transportu i łączenia komponentów. Obecnie każdy z modułów ogromnego elektromagnesu jest uszczelniany 3800 litrami żywicy epoksydowej i wysyłany do Francji. Transport wszystkich części magnesu ma potrwać łącznie od czerwca do sierpnia. Pierwsze wytworzenie w reaktorze plazmy ma nastąpić w grudniu 2025 roku. Kolejne 10 lat ma zająć stopniowy rozruch maszyny. Rozpoczęcie działania reaktora w pełnej skali planowane jest na rok 2035.

 

Źródła:

https://www.newscientist.com/article/2280763-worlds-most-powerful-magnet-being-shipped-to-iter-fusion-reactor/

https://www.iter.org/proj/inafewlines

https://www.ga.com/iter-cs-fabrication

https://www.ga.com/magnetic-fusion/iter-manufacturing

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię tutaj

Najnowsze

wywiady

PARTNER STRATEGICZNY PORTALU

wydarzenia

Kategorie

BĄDŹMY W KONTAKCIE