ITER
Z Wikipedii
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) (po Łacinie droga) – międzynarodowy projekt badawczy, którego celem jest zbadanie możliwości produkowania na wielką skalę energii z fuzji jądrowej. Głównym zadaniem jest budowa wielkiego tokamaka, wzorowanego na wcześniej budowanych mniejszych DIII-D, TFTR, JET, JT-60 i T-15. Projekt jest przewidywany na 30 lat (10 lat budowy i 20 lat pracy reaktora), i ma kosztować w przybliżeniu 10 miliardów €. Tym samym jest to drugi najdroższy na świecie projekt badawczy, tańszy jedynie od Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Według decyzji z dnia 28 czerwca 2005 r. tokamak powstanie w Cadarache w pobliżu Marsylii, na południu Francji. W projekcie uczestniczy finansowo i naukowo: Unia Europejska, Japonia, Rosja, Chiny, Korea Południowa i USA. Unia Europejska pokryje 50% kosztów jego budowy, a pozostałe strony po 10% każda.
Pierwszy zapłon przewidywany jest na rok 2016. Według projektów ITER ma każdorazowo podtrzymywać reakcję fuzyjną przez około 500 sekund, osiągając wydajność 500 MW (500,000,000 wat). Dla porównania JET utrzymuje reakcję przez mniej niż sekundę i uzyskuje 16 MW. Energia w tym reaktorze będzie wydzielać się w postaci ciepła, i nie jest przewidywane przetwarzanie jej na energię elektryczną. Na bazie ITER ma powstać przyszła generacja reaktorów fuzyjnych, mogących produkować 3000-4000 MW energii.
[edytuj] Przeprowadzana reakcja
- Zobacz: Reakcja termojądrowa
W wyniku fuzji jądra deuteru z jądrem trytu powstaje jedno jądro helu (cząstka alfa) i wysokoenergetyczny neutron.
Choć teoretycznie wszystkie stabilne izotopy lżejsze od żelaza mogą być paliwem dla fuzji, deuter i tryt najłatwiej wchodzą w taką reakcję i wymagają do tego o wiele mniejszej temperatury niż jakikolwiek inne.
W przeliczeniu na masę paliwa, reakcja deuter-tryt jest mniej więcej trzykrotnie efektywniejsza niż rozpad uranu 235, i miliony razy efektywniejsza niż reakcje chemiczne. Zachodzi jednak jedynie w bardzo szczególnych warunkach. Szacuje się że jądra atomowe muszą się zbliżyć na odległość rzędu 10-15 metra, gdzie zaczynają działać oddziaływania silne. Z powodu wzajemnego odpychania, zbliżenie na taką odległość wymagałoby temperatury około 1010 K. Takie temperatury nie występują nawet we wnętrzach gwiazd, i tam fuzja zachodzi dzięki tunelowaniu. Jest to proces bardzo powolny: z jednej strony dzięki temu gwiazdy świecą przez miliardy lat, z drugiej strony np. 1m3 jądra Słońca produkuje niecałe 4 W mocy. W tokamaku potrzebna jest znacznie większa efektywność, i próbuje się ją uzyskać przez wyższą temperaturę i silne pole magnetyczne.
Plazma w tokamaku jest podgrzewana przez przepuszczanie przez nią prądu o dużym natężeniu oraz podgrzewanie mikrofalami. Docelowa temperatura ma sięgać 100,000,000 K. W takiej temperaturze cząstki mają dużą prędkość i łatwo uciekają, powodując utratę ciepła. Aby reaktor mógł działać konieczne jest ciągłe utrzymywanie ich ściśniętych w małej objętości. Uzyskuje się to przez używanie pułapek magnetycznych. Naładowana cząstka w takiej pułapce zamiast uciekać, krąży wokół linii pola. Dodatkowo może poruszać się równolegle do linii pola, ale jeśli te mają kształt okręgów to cząstka jest uwięziona. Z tego wynika toroidalny kształt tokamaków.
Tokamak musi dodatkowo zapewniać próżnię wokół plazmy (aby nie tracić energii na podgrzewanie otoczenia), oraz ochronę środowiska zewnętrznego przed silnym promieniowaniem neutronowym. Neutrony są pozbawione ładunku, a więc wydostają się z pułapki magnetycznej, zabierając ze sobą produkowaną energię. Dla ich absorbowania za wewnętrzną osłoną tokamaka umieszczonych jest wiele modułów konstrukcyjnych, przy okazji produkujących tryt z bombardowanego neutronami litu. Moduły te oddają ciepło chłodziwu, które z kolei może napędzać turbiny (w ITER nie jest to przewidywane, gdyż jest to projekt czysto naukowy).
[edytuj] Opinie
Projekt ITER spotkał się z falą krytyki ze strony wielu organizacji. Greenpeace wyraził opinię, że energia fuzyjna jest równie niebezpieczna jak atomowa,ponieważ produkuje radioaktywne odpady i stwarza ryzyko równie groźnej katastrofy. Inne grupy zarzucają projektowi ITER, że jest o wiele za drogi, szczególnie na inwestycję która nie będzie generować energii, i z której zysków można spodziewać się najwcześniej za 30-50 lat. Wielu naukowców uważa z kolei, że elektrownie fuzyjne mogą okazać się niepraktyczne z technicznych powodów: wysokoenergetyczne neutrony (o energiach kilkunastu MeV) zachowują się zupełnie inaczej niż te powstające w elektrowniach atomowych i mogą powodować zbyt szybkie zużywanie się tokamaka, dodatkowo stopniowo napromieniowując całą konstrukcję. Bez rozwiązania tego problemu nie będzie możliwe zastąpienie klasycznych elektrowni atomowych fuzyjnymi.
Zwolennicy projektu utrzymują, że większość krytyki wynika z braku odpowiedniej wiedzy. Reaktory fuzyjne są projektowane tak aby produkowały mniej niż jedną setną odpadów produkowanych przez tradycyjne elektrownie atomowe i aby nie wytwarzały długożyjących radioaktywnych izotopów. Dodatkowo nie ma w nich żadnej możliwości zajścia niekontrolowanej reakcji, gdyż ilość paliwa jaka znajduje się w komorze reaktora (około 0,1 grama deuteru i trytu) wystarcza na podtrzymanie reakcji przez najwyżej minutę. Dla porównania w zwykłych reaktorach ilość paliwa jednorazowo biorącego udział w reakcji wystarcza na jej podtrzymywanie przez kilka miesięcy. Ponadto, w razie ewentualnej awarii reaktor ma tendencję do samowygaszenia.
Opracowanie metod radzenia sobie z wysokoenergetycznymi neutronami jest jednym z głównych celów ITER, a badanie silnego ich strumienia jest możliwe jedynie przy użyciu reagującej plazmy. Plazma taka jest praktycznie niemożliwa do modelowania teoretycznego, i obecnie jedynym sensownym sposobem poznania jej zachowania są eksperymenty praktyczne. Wiedza zdobyta na tym eksperymencie będzie kluczowa dla zaprojektowania ewentualnej przyszłej energetyki fuzyjnej.
Zastosowanie fuzji na masową skalę pozwoliłoby uzyskiwać energię całkowicie bez zanieczyszczania środowiska. Według ekspertów wymaga to postępu w pewnych dziedzinach (jak np. wyprodukowanie odpowiednich materiałów do konstrukcji tokamaka), ale ludzkość mogłaby zacząć wprowadzać tę technologię na masową skalę jeszcze w pierwszej połowie XXI wieku. Ostatecznie dałoby to możliwość całkowitej rezygnacji z elektrowni zasilanych paliwami kopalnymi, a w połączeniu z innymi technologiami (jak ogniwa paliwowe) całkowicie zlikwidować zapotrzebowanie na ich wydobycie. Dążenie do tego celu jest wskazane, niezależnie od tego czy wymaga to 30, 50 czy 100 lat badań. Obfitość paliwa do takich elektrowni uniezależniłaby ludzkość od ograniczeń którym podlegają wszelkie odnawialne źródła energii.
