EURATOM

TERMOBRANDUOLINĖS TERMOBRANDUOLINĖS SINTEZĖS TYRIMAI SINTEZĖS TYRIMAI Energijos pasirinkimas

Europos ateičiai

Ben

droj

iinf

orm

acija

EUROPEAN COMMISSIONDirectorate-General for ResearchFusion energy researchUnit J6 Fusion Association AgreementsContact: Hugues DesmedtEuropean CommissionOffice CDMA 04/74B-1049 BrusselsTel. (32-2) 29-98987Fax (32-2) 29-64252E-mail: hugues.desmedt@cec.eu.int

Domiesi Europos mokslo tiriamaisiais darbais?RTD info – mūsų žurnalas, leidžiamas kartą per trismėnesius ir suteikiantis jums naujausią informaciją apiemokslo plėtros tendencijas(rezultatus, programas, renginius ir t.t.)Žurnalas leidžiamas anglų, prancūzų ir vokiečių kalbomis,Nemokamą žurnalo pavyzdį arba nemokamą prenumeratą internetu galite gauti iš:European CommissionDirectorate-General for ResearchInformation and Communication UnitB-1049 BrusselsFax (32-2) 29-58220E-mail: research@cec.eu.intInternet:http://europa.eu.int/comm/research/rtdinfo/index_en.html

EUROPOS KOMISIJA

TERMOBRANDUOLINĖTERMOBRANDUOLINĖS SINTEZĖS TYRIMAIS SINTEZĖS TYRIMAI

Energijos pasirinkimasEnergijos pasirinkimasEuropos ateičiaiEuropos ateičiai

Mokslinių tyrimų generalinis direktoratasTermobranduolinės sintezės energijos tyrimai2005

6

Europe Direct – tai paslauga, padėsianti Jums rasti atsakymus įklausimus apie Europos Sąjungą

Informacija teikiama nemokamai telefonu:00 800 6 7 8 9 10 11

Daug papildomos informacijos apie Europos Sąjungą yra internete. Ji pasiekiama per Europos serverį (http://europa.eu.int).

Kataloguotų duomenų galima rasti šio leidinio pabaigoje.

Liuksemburgas: Europos Bendrijų oficialiųjų leidinių biuras, 2004

ISBN 92-894-7725-3

© Europos Bendrijos, 2004Atgaminti leidžiama, jei nurodomas šaltinis.

Printed in BelgiumSPAUSDINTA ANT BALTO POPIERIAUS, BLUKINTO NENAUDOJANT CHLORO

7

TURINYSTURINYS

TERMOBRANDUOLINĖS SINTEZĖS ĮVADASSaugios ir atsinaujinančios energijos poreikis 9Žvaigždžių energijos šaltinis 10Termobranduolinė sintezė energijos gamybai 11Saugumas 12Poveikis aplinkai 13Magnetinės termobranduolinės sintezės tyrimų laimėjimai 14

EUROPOS TERMOBRANDUOLINĖS SINTEZĖS PROGRAMAITER ir Europos termobranduolinės sintezės strategija 16Europos termobranduolinės sintezės tyrimų sritis 18

KAIP VEIKIA TERMOBRANDUOLINĖS SINTEZĖS ĮRENGINYS?Magnetinio lauko izoliuota termobranduolinė sintezė 20Pagrindinės tokamako dalys 22Plazmos įkaitinimas 24Plazmos diagnostika ir modeliavimas 25ITER - kelias į termobranduolinę energiją 26Ilgalaikės technologijos 28

Europos mokslo centrų papildoma veikla 30EIROforumas 32Mokslininkų mokymo ir rengimo veikla Europoje 33Termobranduolinės sintezės tyrimų ir plėtros nauda kitoms aukštųjų technologijų sritims 34

Nuorodos 35Apie filmą „Žvaigždžių kūrėjai“ 38DVD 39

8

9

Saugios ir atsinaujinančios Saugios ir atsinaujinančios energijos poreikisenergijos poreikis

Europos Sąjungos (ES) ekonomika priklauso nuo saugaus irpakankamo energijos tiekimo. Šiandien daugiausia energijos gamina-ma naudojant iškastinį kurą (naftą, anglį ir gamtines dujas). Pastara-sis sudaro 80% energijos suvartojimo. Beveik 67% naudojamo iškas-tinio kuro yra importuojama. Iš viso importuotas iškastinis kuraspatenkina apie 50% ES energijos poreikio ir manoma, kad apie 2030 m.importas, ypač naftos, padidės iki 70%.

Saugios ir atsinaujinančios energijos šaltinis yra būtinas norintišlaikyti mūsų gyvenimo lygį. Europos mokslininkai plėtojaaplinkosaugai priimtinas, saugias ir atsinaujinančias energetikostechnologijas. Termobranduolinė sintezė yra viena jų.

Termobranduolinė sintezė ilgam aprūpins žmoniją didelės galiosenergijos šaltiniu, kuris mažai veikia gamtą, yra saugus ir turi didži-ulius plačiai paplitusius kuro resursus.

Termobranduolinės sintezės jėgainės ypač tiks energijos gamybaitankiai apgyvendintuose ir pramoniniuose rajonuose. Jos taip pat galigaminti vandenilį „vandenilio ekonomikai“.

Šioje knygelėje aprašomi Europos mokslininkų atlikti darbai taikanttermobranduolinę energiją visuomenės gerovės tikslams.

10

Žvaigždžių energijos šaltinis Žvaigždžių energijos šaltinis

Termobranduolinė sintezė – tai procesas, suteikiantis galios Saulei ir kitoms žvaigždėms. Mažos masės atomų branduoliai „susijungia“ ir išskiriaenergiją. Saulės branduolyje dėl gravitacijos susidaręs aukštas slėgis leidžia šiai reakcijai įvykti, kai yra maždaug 10 mln. °C temperatūra.

Dujos, įkaitintos iki tokios temperatūros, tampa „plazma“, kurioje elektronaiyra visiškai atskirti nuo atomo branduolių (jonų). Plazma – ketvirtasismedžiagos būvis, turintis ypatingų savybių. Šių savybių tyrimai yra fizikiniųplazmos savybių tyrėjų dėmesio centre. Nors Žemėje plazmos būvis yraegzotiškas, daugiau nei 99% Visatos sudaro plazma.

Kadangi Žemėje įmanoma sudaryti tik žymiai mažesnius (10 mlrd. kartų)nei Saulėje slėgius, norint panaudoti termobranduolinę sintezę energijosgamybai reikalinga aukštesnė nei 100 mln. °C temperatūra. Norint pasiektitokią temperatūrą, reikia smarkiai kaitinti plazmą, o šilumos nuostoliai turibūti kuo mažesni išlaikant karštą plazmą kiek galint toliau nuo ją saugančio„apvalkalo“ sienų. Tai pasiekiama laikant plazmą toroidiniame „narve“, kurįsudaro stiprūs magnetiniai laukai, trukdantys įelektrintoms plazmosdalelėms ištrūkti. Ši naujausia technologija yra Europos termobranduolinėssintezės energijos programos pagrindas.

11

TTermobranduolinė sintezėermobranduolinė sintezėenergijos gamybai energijos gamybai

Termobranduolinės sintezės reakcija tarp dviejų vandenilio izotopų – deuterio (D)ir tričio (T) –yra pirmos kartos termobranduolinės sintezės reaktoriaus sukūrimopagrindas, nes kitoms termobranduolinėms reakcijoms būtinos dar aukštesnėstemperatūros. Deuteris – natūraliai aptinkamas neradioaktyvus izotopas, išgauna-mas iš vandens (vidutiniškai 35 g iš kiekvieno m3 vandens). Žemėje nėra tričio,bet jis bus pagamintas iš ličio (lengvo ir gausaus metalo) termobranduolinio reak-toriaus viduje. Vienetinės termobranduolinės sintezės reakcijos metu pagamina-ma alfa dalelė (t. y. helis) ir aukštos energijos neutronas

Ateities termobranduolinio reaktoriaus schema

Superlaidus magnetasD+T

Plazma

Apvalkalas (kuriame yra litis)

Apsauginstruktkra

Šilumokaitis

Vakuuminisindas

Helis

Tritis irhelis

Tritis

Deuteriokuras

T+4He

Elektrosenergija

Garo katilasTurbina ir generatorius

Neutronai ištrūksta iš plazmos ir yra lėti-nami plazmą supančiame apsauginiame„apvalkale“. Į šio apvalkalo ertmespaduodamas litis, kuris, neutronų veikia-mas, transformuojamas į tritį ir patiekia-mas į vakuuminę kamerą kaip kuras.Lėtinamų neutronų generuojama šilumagali būti naudojama garų, kurie sukaturbinas, gamybai. Metinis elektros tiekimas milijoniniammiestui reikalautų tik vieno mažosunkvežimio kuro.

D+T 4He+n+17,6 MeV

Termobranduolins sintezs reakcija

12

Termobranduolinis reaktorius yra panašus įdujų degiklį: įpurškiamas į sistemą kuras yrasudeginamas. Reakcijos kameroje visada yralabai mažai kuro (1 tūkst. m3 yra maždaug 1 gD-T mišinio) ir jei kuro tiekimas pertraukiamas– termobranduolinė reakcija trunka tik keliassekundes. Bet koks reaktoriaus gedimasatšaldytų plazmą ir reakcija nutrūktų.

Pagrindinis termobranduolinės sintezės kuras– deuteris ir litis – kaip ir reakcijos produktashelis, yra neradioaktyvūs. Tarpinis radioaktyvuskuras – tritis – gana greitai skyla (jo skilimopusamžis – 12,6 metų) ir skilimo metu išskiria-mi labai mažos energijos elektronai (β -spindu-liavimas). Ore elektronai įstengia nukeliauti tikkelis milimetrus ir negali prasiskverbti net propopieriaus lapą. Nepaisant to, patekęs į žmo-gaus kūną tritis veikia kenksmingai ir tričiosaugos reikalavimai yra numatyti bei įvykdytireaktoriaus konstrukcijoje.

Kadangi termobranduolinės sintezės reakcijaipalaikyti reikalingas tritis gaminamas tamepačiame reaktoriuje, todėl nėra būtinybės reguliariai transportuoti radioaktyvų kurą į ter-mobranduolinę jėgainę, kaip tai daroma atomi-nėse elektrinėse.

SaugumasSaugumas

Tričiogamy

bos įrengi

nys

13

Poveikis aplinkaiPoveikis aplinkai

Termobranduolinės sintezės energija bus naudojama tiems patiemstikslams, kaip ir šiandien, pavyzdžiui, elektros arba vandenilio gamy-bai, kaip šiluma pramoniniam vartojimui ir pan.

Termobranduolinėje jėgainėje kuro bus ypač mažai sunaudota. 1 GWelektrinės galios termobranduolinei jėgainei reiktų apie 100 kg deu-terio ir 3 tonų gryno ličio, kad galėtų veikti ištisus metus ir generuotiapie 7 mln. kWh elektros. Norint, kad anglimi kūrenama elektrinėpagamintų tokį patį energijos kiekį, reiktų iškasti apie 1,5 mln. tonųnevalytos nuo nedegių priemaišų anglies!

Termobranduolinės sintezės reaktoriai neišskiria dujų, sukeliančiųšiltnamio efektą, ir kitų teršalų, kurie gali pakenkti aplinkai ir/arbasukelti klimato pasikeitimus.

Neutronai, generuojami termo-branduolinės sintezės reakci-jos metu, aktyvuoja medžia-gas aplink plazmą. Parenkantreaktoriaus vidaus konstrukci-joms neaktyvias radioaktyvu-mui medžiagas, sustabdžiuselektrinę bus įmanoma ne tiknustoti jas reguliariai kontroli-uoti, bet ir po kokių šimtometų jas perdirbti. Dėl šiųpriežasčių termobranduolinėssintezės atliekos nebus naštaateinančioms kartoms.

Europos Tokamakas JET (Culham – Jungtinė Karalystė)

14

Magnetinės termobranduolinės Magnetinės termobranduolinės sintezės tyrimų laimėjimaisintezės tyrimų laimėjimai

Termobranduolinės energijos laimėjimai

Term

obra

nduo

linė

ener

gija

(MW

)

Tore Supra (Cadarache,Prancūzija) – įrenginys,kuriame ilgiausiai išlaiky-ta dideliogalingumo plazma.

Kulhame (Culham – Jungtinė Karalystė) esantis Europos toka-makas JET (Joint European Torus– Jungtinis Europos Toroidas) yradidžiausias ir vienintelis pasaulyjetermobranduolinės sintezėsįrenginys, galintis dirbti su D-Tkuro mišiniu. JET eksploatacijaįgyvendino visus planuotus tikslus,o kai kuriais atvejais netgi viršijokūrėjų lūkesčius. 1997 m. JETpasiekė pasaulio rekordą paga-mindamas 16 MW termobran-duolinės sintezės energijos. Laikas (s)

Europoje yra daug eksperimentinių įrenginių, kurių dėka gauti rezultatai įnešanemažą indelį į termobranduolinės reakcijos pažangai reikalingų žiniųvisumą. Pažymėtinas naujausias pasiekimas – TORE SUPRA tokamakas(Prancūzija), dirbantis beveik stacionariu termobranduolinės sintezės režimu.2003 m. jame rekordiškai ilgiausiai išsilaikė (61/2 minutės) aukšto efektyvumoplazma. Bendras energijos kiekis, panaudotas plazmos išlaikymui šiuoeksperimento metu, kuris taip pat turėjo būti išgautas šilumos pavidalu, buvodaugiau kaip 1 GJ (1 tūkst. mln. džaulių – energijos kiekis, galintis užvirinti 3 t vandens).

15

Pasaulio termobranduolinių tyrimų laimėjimai

Termobranduolinio reaktoriaus našumas Q nusakomas kaip pagam-intos termobranduolinės energijos santykis su plazmos įkaitinimuipanaudotu energijos kiekiu. Termobranduolinė plazma pasiekiasavaime palaikomą „degimo“ būvį (Q=∞), kai nuostoliai dėl įkaitinimuinaudojamos energijos kompensuojami plazmos savaiminiu įšilimu.Kai savaiminio įšilimo energija lygi arba didesnė nei įkaitinimo energi-ją, nereikia plazmos kaitinti iš išorės, kad proceso metu išliktų aukštatemperatūra. Kaip ir lauže, plazmoje „degimas“ vyks tol, kol pastarojimaitinama kuru. Ateities termobranduoliniuose reaktoriuose šiųsąlygų nereikės, jeigu pavyks sukonstruoti energijos stiprintuvus.JET generavo 16 MW termobranduolinės energijos, kai buvo Q =0.65. Kitas įrenginys – ITER– turėtų veikti su Q = 10, tuo tarpuateities termobranduolinių reaktorių Q gali būti iki 40 arba 50.

Kadangi pagrindiniai šiuo-laikiniai termobranduolinėssintezės įrenginiai nenaudoja tričio kaip kuro, jųnašumas charakterizuojamasplazmos parametrų kombinacijomis, paro-dančiomis termobranduolinėssintezės sąlygoms reikalingąartumą. Brėžinys parododaugelio pasaulyje esančiųtokamakų išmatuotas Qreikšmes plazmos temper-atūros T atžvilgiu Didžiausio našumo įrenginiaipasiekė plazmos parametrus,artimus reikalingiems termo-branduoliniam reaktoriui.

Uždegimas

Reaktoriaussąlygos

Neprieinamazona

D-T eksperimentai

Radia

cinė r

iba

Laikas

TFTR

16

ITER ir Europos termobranduolinės ITER ir Europos termobranduolinės sintezės strategijasintezės strategija

Europos Sąjungos šalių narių (įskaitant su EURATOM bendrąjaprograma asocijuotas valstybes) vienas iš ilgalaikių termobran-duolinės sintezės tyrimų ir jų plėtotės tikslų yra „sutelktomis pas-tangomis sukurti reaktoriaus prototipą, atitinkantį jėgainėmskeliamus visuomenės reikalavimus: eksploatacinis saugumas,suderinamumas su aplinkosauga, ekonominis efektyvumas“.

Šių ilgalaikių tikslų pasiekimo strategija – tai eksperimentinioreaktoriaus sukūrimas pagal tarptautinės kooperacijos ITER projektą.Bendras ITER tokamako programos tikslas – atskleisti mokslinesir technologines termobranduolinės energijos naudojimo taikiemstikslams galimybes. ITER projektas įgyvendins šį tikslą parody-damas valdomą deuterio-tričio plazmos degimą (galutinis tikslas– stabilus būvis) ir pagrindines integruotoje reaktoriaus sistemojenaudojamas termobranduolines technologijas.

Įgyvendinus ITER, toliau bus kuriamas ir statomas demonstraci-nis reaktorius DEMO, kuris pirmą kartą termobranduolinės sin-tezės istorijoje sugebėtų generuoti pakankamą elektros kiekį irpats save aprūpinti tričiu. Į ITER irDEMO statybos projektą turės įsitrauk-ti ir Europos pramonė, taip pat taipareikalaus papildomų plazmos fizikosir technologijų tyrimų bei jų plėtros ter-mobranduolinės sintezės laboratori-jose ir universitetuose.

ITER schema

17

Kartu su ITER vykdomi ir DEMO konstravimo darbai. Pastarieji – taiilgalaikių tyrimų ir jų plėtros rezultatas. Vienu iš svarbių tikslų –pažangių medžiagų (ypač turinčių mažas aktyvacijos savybes),kurios būtų tinkamiausios termobranduolinio reaktoriaus sąlygoms,sukūrimas

Pastaraisiais metais dalyvavimas (kartu su tarptautiniais partneriais)konstruojant ITER yra svarbus Europos termobranduolinių tyrimųprogramos elementas. Pagrindiniai ITER konstravimo principaipanašūs į JET (Joint European Torus, Culham – Jungtinė Karalystė)įrenginio konstrukciją, kuri sudarė sąlygas 1997 m. pasiekti rekordinę– 16 MW –termobranduolinės energijos galią. Pastarieji principaitaikomi ITER atliekant plataus masto modeliavimo darbus naudojantEuropos bei tarptautinėse termobranduolinės sintezės laboratorijoseeksperimentais gautą išsamią informaciją.

Bendradarbiavimą pagal ITER projektą remia Tarptautinė atominėsenergijos agentūra (International Atomic Energy Agency IAEA,Viena – Austrija). Bendras strateginis ITERtikslas – atskleisti mokslines ir tech-nologines termobranduolinėsenergijos naudojimo taikiemstikslams galimybes.

Europos ITER įrenginioCadarache (Prancūzija) vaizdas

menininko akimis

18

Europos termobranduolinės Europos termobranduolinės sintezės tyrimų srityssintezės tyrimų sritys

Pagrindinė Europos termobranduolinės sintezės programos savybė yraunikalus darbų koordinavimas, kuris sudaro sąlygas naudoti bendruseuropinius tyrimų ir jų plėtros resursus visose svarbiausiose tyrimų srityse.Bendradarbiavimas ypač svarbus ne tik eksploatuojant JET, bet ir vykdantEuropos termobranduolinės sintezės plėtros susitarimo (European FusionDevelopment Agreement – EFDA) technologinę programą, kuri skirta ITERprojektui, taip pat apima perspektyvius DEMO tyrimus.

Ši vieninga ir koordinuota termobranduolinės sintezės tyrimo programa, kai didelės ir mažos laboratorijos sujungia savo jėgas bendram tikslui pasiekti, yra Europinės tyrimų srities (European Research Area) pavyzdys ir veiksnys, kurio dėka Europa tapo pirmaujančia tarptautinio magnetinio lauko izoliuotos termobranduolinės sintezės tyrimų gretose. Europos asocijuotų termobranduolinės sintezės laboratorijų laimėjimai sudarė sąlygas JET, o vėliau ir ITER statybai. Pavieniui Europos Sąjungos šalys narėsarba asocijuotos valstybės to negalėtų padaryti.

ITER projekte dvišalių arba daugiašalių sutarčių pagrindu bendradarbiauja ir Europos Sąjungai nepriklausančių šalių laboratorijos. Tai daroma norint suvienyti geriausią pasaulio patirtį aktualiosemokslo srityse.

19

Europos termobranduolinių tyrimų ir plėtros pro-gramą, pagrįstą EURATOM sutartimi, koordinuo-ja ir įgyvendina Europos Komisija pagal:

• Asociacijos sutartis su mokslo tiriamaisiaisinstitutais arba šalių narių organizacijomis ir suEURATOM Bendrąja Programa asocijuotomisšalimis (EURATOM Asociacijų laboratorijosžemėlapyje pažymėtos raudonais taškais).• EFDA (Europos termobranduolinės sintezėsplėtros) susitarimą, kuris sudaro sąlygas:

- asociacijomis ir pramonės įmonėms plėtotitermobranduolinės sintezės technologijas,

- bendrai naudoti JET įrangą, - bendram Europos indėliui į tarptautinio ben-

dradarbiavimo projektus, tokius kaip ITER.• Ribotos trukmės kontraktus su tų šalių, kuriosneturi termobranduolinės sintezės asociacijos,laboratorijomis.• EURATOM draugijos (Euratom Fellowships)susitarimą, užtikrinantį mokslininkų ir tyrėjųmobilumą.

Europos Sąjungos 6-oje Bendroje Programoje(2002–2006 m.) termobranduolinės energijostyrimai yra prioritetinių tyrimų sritis, turinti e750 mln. biudžetą (iš kurių iki e200 mln. galibūti panaudoti ITER statybų pradžiai).

Europos termobranduolinės energetikos tyrimųsėkmę lėmė daugiau nei 2000 fizikų ir inžinieriųdarbas Europos laboratorijose ir pramonėje.

20

Magnetinio lauko izoliuota Magnetinio lauko izoliuota termobranduolinė sintezė termobranduolinė sintezė Magnetinio lauko izoliuota termobranduolinė sintezė naudoja stipriusmagnetinius laukus plazmai sulaikyti „vakuuminiame inde“, kurisatskiria plazmą nuo oro. Idealioje situacijoje nešantys elektrinį krūvįplazmą sudarantys jonai ir elektronai negali kirsti magnetinio laukolinijų, bet gali laisvai judėti išilgai ju.

Išlenkiant magnetines linijas taip, kad jos sudarytųuždaras kilpas, plazmos dalelės teoriškai yravisiškai izoliuotos. Dalelės ir jų energija gerai izoli-uojamos nuo degimo kameros sienų ir taip išlaiko-ma jų (dalelių) aukšta temperatūra.Tačiau realioje toroidinėje magnetinėje sistemojevyksta įvairius energijos praradimus lemiantysprocesai, tokie kaip spinduliavimas ir daleliųsusidūrimai, priverčiantys daleles judėti skersaimagnetinio lauko ir išeiti už jo ribų.

Termobranduolinės reakcijosmagnetinė gaudyklė

Plazma magnetiniame lauke

Laisvoji plazma

Ritė Ritė

21

Tokamaku vadinamame įrenginyjeplazma veikia kaip antrinė transfor-

matoriaus apvija (pirminė apvija –išorinė ritė). Srovės pirminėjeapvijoje pokytis indukuoja srovęplazmoje. Ši srovė ne tikgeneruoja plazmą apsaugantįmagnetinį lauką, bet dėl plaz-mos elektrinės varžos pas-

tarąją įkaitina. Kadangi transfor-matorius negeneruoja pastovios

(ne-kintamos krypties) srovės,plazma išsilaiko trumpą laiką. Nuola-

tinis plazmos būvis turi būti palaikomaskitais metodais.

Stelaratoriumi vadinamas įrenginys naudoja tą patį magnetinio„narvo“ principą, bet turi sudėtingos formos išorines magnetines rites.Stelaratorius nenaudoja transformato-riaus elektros srovei plazmojesukurti. Tokiu būdu stelarato-riui būdingas neper-traukiamas veikimas.Didžiausias tokio tipoEuropos Sąjungosįrenginys – StellaratorW 7-X – pastatytasGreifsvalde (Greif-swald –Vokietija).Kitos panašios magne-tinio lauko formos atitinkakompaktinį (sferinį) toka-maką ir atvirkštinio lauko sus-paudimo (pinch) efektą.

Tokamako schema

Stelaratoriaus schema

Poloidalinio lauko ritės

Toroidinio laukoritės

Magnetinio lauko linijos

PlazmaPlazmos srovė

22

Toroidinio ir poloidiniolauko ritės Jos generuoja stiprų magnetinįlauką (paprastai apie 5 Tesla,kuris yra apie 100 tūkst. kartųdidesnis nei Žemės magnetinislaukas), kuris izoliuoja plazmą irneleidžia jai liestis su vakuuminioindo sienelėmis.

DivertoriusPašalina nešvarumus ir He atom-us iš vakuuminio indo ir yra vien-intelė vieta, kur plazmaisąmoningai leidžiama liestis susienelėmis.

Centrinis solenoidasPirminis transformatoriaus kontūras. Plazma formuojaantrinįr kontūrą

Pagrindinės tokamako dalys Pagrindinės tokamako dalys

23

Vakuuminis indasNeleidžia orui patekti į plazmossulaikymo zoną

KriostatasUždengia rites ir vakuuminį indą.Atšaldomas iki –200 °C temper-atūros, kad palaikytu superlaidžiųmagnetų darbinę –269 °C temperatūrą.

Apvalkalas Litis laikomas apvalkalo moduliu-ose. Tritis gaunamas neutronamsreaguojant su ličiu. Tritis atskiria-mas ir paduodamas į plazmą. Neu-tronų energija naudojama vandenskontūro šildymui ir garo gamybai.Pastarasis perduodamas į elektrosgeneratorius sukančias garoturbinas

24

Plazmos įkaitinimasPlazmos įkaitinimas

JET neutralaus srauto sistema

Radijo dažnių ante-na Tore Supraįrenginyje (CEA,Cadarache –Prancūzija)

Srovė, tekanti tokamako plazma, pastarąją įkaitina. Toks įkaitinimasvadinamas ominiu. Padidėjus plazmos temperatūrai, dėl varžossumažėjimo ominis įkaitinimas pasidaro mažiau efektyvus ir padidinaplazmos temperatūrą tik iki keliolikos mln. °C, tai yra apie 10 kartųmažiau negu reikalinga ženkliai termobranduolinei reakcijai vykti.Aukštesnes temperatūras galima pasiekti naudojant išorinius įkaitini-mo šaltinius.

Į plazmą įpurškiami aukštos energijos neutralių dalelių srautai persrauto dalelių susidūrimus su plazmos dalelėmis perduoda pastaro-sioms savo kinetinę energiją.

Aukštų dažnių įkaitinimas naudoja didelio galingumoskirtingų dažnių elektromagnetines bangas, perduo-dančias energiją plazmai rezonansinės absorbcijosbūdu.

Srovė

Jonizuoti ir pagautiatomai

Didelę energiją turintysvandenilio atomai

Neutralizatorius

OMINIS

Vandenilio jonų šaltinis

BangolaidisRitėĮKAITINIMASRADIJO DAŽNIAIS

ĮKAITINIMASĮPURŠKIANTNEUTRALIAS DALELES

Įšvystytos 3 tokiosplazmos įkaitinimosistemos: joninio cik-lotroninio rezonanso(dažniai 20–55 MHz),elektroninio ciklotron-inio rezonanso (daž-niai 100–200 GHz,mikrobangų diapa-zonas) ir žemų dažnių mišri (dažniai1–8 GHz).

25

Plazmos diagnostika ir Plazmos diagnostika ir modeliavimasmodeliavimas

Plazmos diagnostika ITER įrenginyje

Norint suprasti termobranduolinio reaktoriaus konstravimo principus,būtina suprasti plazmoje vykstančius procesus. Tam reikia moderniųir sudėtingų matavimo sistemų, vadinamų diagnostika.

Europos laboratorijos plėtoja įvairių plazmos savybių stebėjimo diag-nostikas: pradedant temperatūros plazmos centre stebėjimu galingaislazeriais ir baigiant priemaišų kiekio ir jų susidarymo vietų plazmojestebėjimu.

Šia diagnostika gauta informacija naudojama kuriant naujas kompiu-terines programas, sudarančias sąlygas prognozuoti įrangos veikimąir užtikrinti, kad ji veiktų būtent taip, kaip tikėtasi.

26

ITER – kelias į termobranduolinęITER – kelias į termobranduolinęenergiją energiją

ITER divertoriausnuotoliniovaldymo bandomoji aikštelė

Natūralaus dydžioITER divertoriaus

modelis

Gyrotron – aukšto dažnio mikrobangų šaltinis

ITER – dar viena gairė kuriant termobranduolinį reaktorių.

ITER projektas grindžiamas sėkmingu tarptautiniu bendradarbiavimupagal daugelį technologijų tyrimų ir plėtros projektų. ITER galės generuoti maždaug 400 MW termobranduolinio galingu-mo per 6 minutes. Vėliau šis laiko intervalas ilgės, kad būtų pasiektastabili būsena.

ITER statybų kaina gali siekti apie €4,6 mlrd. (16 mlrd. Lt skaičiuo-jant išlaidas 2000 m. kainomis). Atsižvelgiant į tai, kad tarp partneriųpasiektas susitarimas dėl projekto vykdymo, ITER statyba užtruks8–10 metų. Pastačius įrenginį, jis bus eksploatuojamas 20 metų.

ITER grindžiamas moksliniais laimėjimais, pasiektais naudojant įvai-rius pasaulyje esančius įrenginius.

27Natūralaus dydžio divertoriaus maketonatūriniai bandymai Framatome

Apsauginių šarvų plytelių

bandymas aukštakintama temperatūra

Apvalkalo bandymoįrenginys

Toroidinio lauko modelinėsritės bandymai Gyrotron – aukšto dažnio

mikrobangų šaltinis (1 MW)

Vakuuminio indo sektoriųsuvirinimas didelio galingumo (11 kW) lazeriu

28

Ilgalaikės technologijosIlgalaikės technologijos

Be ITER, vykdoma daug darbų tiriant ir plėtojant termobranduolinestechnologijas, kurių reikės būsimam DEMO reaktoriui. Pagrindinisdėmesys Europoje atliekant tričio dauginimo apvalkalo tyrimussutelktas į heliu aušinamą ličio-švino mišinį ir į heliu aušinamaskeramines tričio dauginimo apvalkalo įkrovas. Šis tyrimas labai svar-bus termobranduolinio reaktoriaus tričio ciklo plėtotei.

Europos konstrukcinių medžiagų tyrimai skirti mažesnio aktyvavimoferitiniams ir martensitiniams plieno lydiniams (EUROFER) bei per-spektyviems silicio karbido kompoziciniams junginiams.

Svarbiausi uždaviniai – darbo ir aplinkos saugumas. Tobulinatuždavinių sprendimus ir mažinant medžiagų radioaktyvų užterštumąpadaryta svarbi išvada, kad termobranduolinis reaktorius gali būtisukonstruotas taip, jog įvykus avarijai nereikėtų evakuoti aplinkiniųgyventojų. Socialinės ekonominės studijos analizuoja termobran-duolinės sintezės naudojimo ekonominius aspektus ir ilgalaikės plė-totės variantus.

Rad

ioak

tyvu

mas

(san

tyki

niai

svi

enet

ais)

Anglies pelenai

Termobranduolinės medžiagos

Saugojimas (metai)

He posistemis

He Pb-17Li

Pirmosios sienelės sustiprinimo sluoksnis

Pol.Rad.

Tor.

EUROFER pirmojisienelė ir grotelės

Bandomojo apvalkalo koncepcija

Skirtingų termobranduoliniųreaktorių modelių paskaičiuo-tas radioaktyvumo mažėjimaspalyginus su anglies pelenųradioaktyvumu

29

Tričio pompa

Berilio akmenukai

KFKI mokslo tiriamasis reaktorius – Vengrija

Metalo atsparumo skysčio korozijai testas

EUROFER medžiagų pavyzdžiai

EUROFER medžiagų savybės

IFMIF spinduliavimosrauto skerspjūvis

Šaldantis vamzdynas

Karštas apsauginis gaubtasŠaltas apsauginis gaubtas

He

Kanalų silicio karbido kompozitojungtis

30

Europos mokslo centrų papildomaEuropos mokslo centrų papildomaveiklaveikla

Termobranduolinės energetikos paroda Santandere (Ispanija, 2003 m. gruodis)

Kilnojamoji termobranduolinės energetikos paroda (Fusion Expo)buvo sukurta ir pristatyta daugelyje Europos miestų siekiant infor-muoti visuomenę, studentus ir moksleivius apie Europos termobran-duolinės energijos tyrimų programas.

31

Termobranduolinės energetikos kilnojamoji paroda

Asociacijos Euratom-FOM (Nyderlandai) sukurta kilnojamoji termo-branduolinės energetikos paroda yra geras sėkmingos termobran-duolinių tyrimų, kaip mokslinės bendruomenės papildomos veiklos,pavyzdys. Kilnojamąją parodą sudaro kelių paprastų, svarbiausiusprincipus paaiškinančių, eksperimentų pavyzdžių blokai, kurie yrapateikti patrauklia pramogine forma ir puikiai pristatomi.

32

EIROforumas EIROforumas

Europos termobranduolinės energetikos programa per EFDA daly-vauja EIROforume. EIROforumas – tai struktūra, kurios esmė – sep-tynių europinių tarpvalstybinių mokslinių organizacijų, atsakingų užtyrimų infrastruktūrą ir laboratorijas, bendradarbiavimas. Svarbiausiastikslas –turėti didelę įtaką aktyviai ir konstruktyviai veiklai, skatinanteuropinių tyrimų kokybę. Kitas specifinis tikslas – koordinuoti papil-domą organizacijų veiklą įskaitant švietimą ir technologijų perdavimą.

Septyni EIROforumo nariai:

• CERN Europos branduolinių tyrimų organizacija (Šveicarija), • EFDA Europos termobranduolinės sintezės plėtros sutartis (Jungtinė

Karalystė, Vokietija), • EMBL Europos molekulinės biologijos laboratorija (Vokietija), • ESA Europos kosmoso agentūra (Europos Sąjunga), • ESO Europos pietinė observatorija (Vokietija), • ESRF Europos sinchrotronas (Prancūzija), • ILL Laue–Langevin Institutas (Prancūzija).

Fizikai 3-me etape – mokytojai veikia

33

Jaunųjų mokslininkų mokymas ir rengimas sudaro svarbią asociacijųdarbo programos dalį. Daugelis asociacijų profesionalių darbuotojųskaito paskaitas universitetuose, vadovauja akademinių institutų dok-torantams. Asociacijų laboratorijose mokslinius tyrimus nuolat atlieka200–250 magistrantų ir doktorantų. Kelių šalių asociacijos organizuo-ja termobranduolinės fizikos ir plazmos fizikos baigiamuosius kursusir vasaros mokyklas magistrantams bei doktorantams ar neseniaiapgynusiems mokslinius darbus.

Mokslininkų mokymo ir rengimoMokslininkų mokymo ir rengimoveikla Europoje veikla Europoje

Kai kurios nacionalinių Asociacijų organizuojamos mokyklos:

- Carolus Magnus vasaros mokykla –TEC asociacijųgrupė (Bulgarija, Vokietija, Niderlandai),

- Culham vasaros mokykla – Asociacija Euratom-UKAEA(Jungtinė Karalystė),

- Volos vasaros mokykla– Asociacija Euratom-Graikija(Graikija),

- IPP CR vasaros mokykla - Asociacija Euratom- PlazmosFizikos Institutas (Čekija).

34

TTermobranduolinės sintezės tyrimų ir plėtrosermobranduolinės sintezės tyrimų ir plėtrosnauda kitoms aukštųjų technologijų sritims nauda kitoms aukštųjų technologijų sritims

Kosminis jonų variklis

Pramonė prisideda prie termobranduolinės sintezėstyrimų ir jų plėtros padėdama kurti reikalingus prietaisusir technologijas. Pramonei taip pat naudingas šis ben-dradarbiavimas įgaunant patirties ir kuriant komerciniusproduktus įvairiose, su termobranduoline sinteze nesusi-jusiose, sferose. Gauta nauda apima plazminioapdirbimo technologijos, paviršiaus apdorojimo, liumi-nescencinių lempų, plazminių ekranų tobulinimo, vaku-uminių technologijų, elektronikos ir metalurgijos sritis.

Įgytas termobranduolinės sintezėstyrimų žinias perduoda ir tie tyrėjai,kurie pereina dirbti į kitas tech-nologines sritis, praturtindami 0jas išvystytais naujais gebėjimais.Toks žinių perdavimas iš vienos srities į kitą yra viena iš Europosmokslo ir techninio progresovaromųjų jėgų.

NuorodosNuorodos

Papildoma literatūra:Towards a European Strategy for the Security of Energy Supply, Green Paper, European Commission (Europos saugaus energijos tiekimo strategijos link, Žalioji knyga, Europos Komisija), COM (2000)769http://europa.eu.int/comm/energy_transport/en/lpi_lv_en1.html

Svarbūs interneto puslapiai:http://europa.eu.int/comm/research/energy/fu/fu_en.htmlhttp://www.efda.orghttp://www.jet.efda.orghttp://www.iter.orghttp://www.fusion-eur.orghttp://www.eiroforum.org

Kontaktai dėl papildomos informacijos:R.AntidormiEuropean CommissionDirectorate General RTD J6 Fusion Association AgreementsB-1049 Brussels - Belgiumtel: +32 229 98899 - fax: +32 229 64252e-mail: rosa.antidormi@cec.eu.inthttp://europa.eu.int/comm/research/energy/fu/fu_en.html

35

PARDAVIMAS IR PRENUMERATA

Oficialiųjų leidinių biuro leidžiamų mokamų leidinių galima įsigyti mūsų pardavimo kioskuose

visame pasaulyje.

Kaip galima įsigyti konkrečių leidinių?

Gavę pardavimo kioskų sąrašą, išsirinkite jus dominantį ir susisiekę su juo pateikite

užsakymą.

Kaip gauti pardavimo kioskų sąrašą?

• Žiūrėkite Oficialiųjų leidinių biuro svetainę internete: http://publications.eu.int/

• Pateikite prašymą faksu (352) 2929-42758 ir gausite atspausdintą sąrašą.

37

Europos Komisija

Termobranduolinės sintezės tyrimai. Energijos pasirinkimas Europos ateičiai

Luxembourg: Office for Official Publications of the European Communities

2005 — 40 pp. — format A5, 14.8 X 21.0 cm

ISBN 92-894-7725-3

Price (excluding VAT) in Luxembourg: EUR 25

8-ių minučių filmas „Žvaigždžių kūrėjai“ aprašo ITER, didelįeksperimentinį įrenginį. Plačiai bendradarbiaujant pasaulio šal-ims ITER bus pastatytas, kaip kitas žingsnis kelyje į termobran-duolinę energetiką. Virtuali realybė pateikia regimąjį šio įspūdin-go projekto įvertinimą. FUSION parodoje šis filmas yra žiūrimaspro pasyvius poliarizuotus akinius ir leidžia žiūrovams dalyvautiefektingoje trimatėje virtualioje kelionėje. CD pateikiama versijayra dvimatė ir nereikalauja specialių akinių.

Filmas sukurtas Luzanos federalinės politechnikos mokyklosPlazmos fizikos tyrimo centre Šveicarijoje (Centre de Recher-ches en Physique des Plasmas, Ecole Polytechnique Fédérale deLausanne) finansiškai remiant Europos Komisijos Generaliniammokslinių tyrimų direktoratui. Skaitmeninė filmo kopija buvosukurta Digital Studios SA (Paryžius). Šios kopijos pagrindasyra kompiuterinis ITER dizainas.

38

Apie filmą „Žvaigždžių kūrėjai“Apie filmą „Žvaigždžių kūrėjai“

39

15KI-60-04-256-LT-C

ES Ministrų Taryba nutarime dėl specialiosios EURATOM programos rašė: „Antroje amžiaus pusėje termobranduolinė energija gali įnešti svarųindelį į laisvos nuo šiluminės emisijos elektros energijos dideliomasto gamybą. Termobranduolinės energijos tyrimų laimėjimaipateisina tolesnes pastangas siekiant ilgalaikio tikslo – termobran-duolinės jėgainės“.

Šis bukletas aprašo termobranduolinės energijos tyrimus ir paaiškina,kaip jie koordinuojami bei valdomi Europoje. Kitos kartos termobran-duolinis ITER eksperimentas turi pagrįsti tyrimo kryptis antroje XXI a.pusėje, kad būtų užtikrintas svarus indėlis į pasaulio energijos gamybą.

Šiame buklete pateikiama informacija surinkta, remiantis pagal Euro-pos termobranduolinę programą atliktais moksliniais tyrimais.