ITER MAG 8
- Vizualizare versiune imprimabilă
- a Reveni la Iter Mag #8
-Robert Arnoux
În scopul de a produce energie din fuziune de lumină atomi, natura oferă o duzină de combinații posibile. Numai unul este accesibil în stadiul actual al tehnologiei: fuziunea izotopilor de hidrogen(1) deuteriu și tritiu.,
dar aici e provocarea. În timp ce deuteriul poate fi extras cu ușurință din apa de mare, care conține 33 miligrame pe metru cub, tritiul este mult mai greu de sursă.
în natură, tritiul se găsește numai în urme. Efectul razelor cosmice asupra straturilor exterioare ale atmosferei Pământului produce oriunde de la câteva grame la câteva kilograme în fiecare an (estimările variază). Câteva zeci de kilograme sunt, de asemenea, dizolvate în oceane ca urmare a testelor nucleare atmosferice efectuate între 1945 și 1980.,
cantități mici de tritiu sunt, de asemenea, produse de reactoare nucleare de tip CANDU-de ordinul a 100 de grame pe an pentru un reactor de 600 MW, sau aproximativ 20 de kilograme pe an la nivel global. Acest stoc, neutilizat astăzi, va fi suficient pentru a alimenta ITER pentru cei cincisprezece ani ai campaniei sale deuteriu-tritiu.
pe termen lung, cu toate acestea, va fi necesar să se dezvolte soluții pentru producția pe scară largă de tritiu. Se estimează că fiecare reactor de fuziune va necesita de ordinul a 100 până la 200 de kilograme pe an.,
Natura, ca și cum ar anticipa problema, oferă o soluție care combină eleganța și eficiența—reacția de fuziune în sine poate produce tritiul care, la rândul său, va alimenta reacția. Mai mult, procesul are loc în vasul de vid într-un ciclu continuu, închis.
când un nucleu de deuteriu fuzionează cu un nucleu de tritiu în interiorul plasmei de fuziune, protonii și neutronii sunt recombinați într-un atom de heliu și un neutron. Sarcina electrică a atomului de heliu îl face să rămână prins în cușca magnetică care limitează plasma., Neutronul, pe de altă parte, scapă cu viteză mare și lovește pereții vaselor de vid, încălzind apa care circulă sub presiune și inițiind un proces care—în viitoarele reactoare—va crea electricitate.
neutronul poate servi un alt scop, cu toate acestea., Când lovește un atom de litiu-6 (2), acesta perturbă blocurile sale de construcție (3 protoni și 4 neutroni) și le reorganizează într-un atom de heliu (2 protoni, 2 neutroni) și un atom de tritiu (1 proton, 2 neutroni), eliberând în același timp energie.
din punct de vedere al fizicii, atunci problema este rezolvată—tritiul poate fi produs în tokamak dacă litiul este inclus în pereții vasului., Acum este o chestiune de dezvoltare a soluțiilor tehnologice care vor permite oamenilor de știință și inginerilor să traducă principiile fizicii într-un ciclu productiv de „suficiență auto de tritiu” în reactoarele de fuziune de mâine.
Luciano Giancarli este interesat de întrebare de aproape 30 de ani. La ITER, el conduce secțiunea care se ocupă de implementarea Programului Test Blanket Module (TBM)—module de pătură experimentale care conțin litiu care vor fi montate în interiorul vasului de vid ITER pentru a testa conceptele de reproducere a tritiului., „Prima provocare este raportul dintre neutronii generați de reacția de fuziune și atomii de tritiu produși efectiv”, explică el. „Pentru ca sistemul să funcționeze, raportul trebuie să fie mai mare decât 1, ceea ce înseamnă că—între neutron și ținta sa de litiu—vom avea nevoie de un „multiplicator de neutroni” precum plumbul sau beriliul.(3) „
membrii ITER au dezvoltat o serie de concepte care vor fi testate în condiții de scară a reactorului în ITER., Deși modulele TBM se bazează pe același principiu (reacția dintre neutron și litiu-6), Fiecare este unic în arhitectura sa, materialele sale structurale, sistemul său de răcire, forma litiului său (solid sau lichid) și modul în care tritiul va fi extras.
în interiorul ITER Tokamak, șase spații au fost rezervate pentru modulele de reproducere. Europa planifică două sisteme TBM; China, India, Japonia și Coreea sunt responsabile de celelalte patru., (În ceea ce privește Statele Unite și Rusia, aceștia participă la program furnizând date importante pentru realizarea sistemelor.)
„estimăm că, în condițiile de funcționare ITER, capacitatea maximă de producție a fiecăruia dintre modulele de testare va fi de ordinul a 20 miligrame pe zi. Într—un tokamak comercial, această producție va fi la egalitate cu puterea mașinii-de ordinul a 150 de grame pe zi și pe gigawatt”, spune Luciano.
faza de proiectare conceptuală pentru fiecare dintre sistemele TBM s-a încheiat acum. La fel ca și celelalte elemente ale mașinii ITER, aceste concepte de reproducere a tritiului vor fi disecate, analizate și revizuite de un comitet special înainte de aprobarea oficială., Activitățile de fabricație sunt planificate să înceapă în 2020.
pentru a atinge obiectivele ITER și cele, într-un sens mai larg, pentru viitorul fuziunii, cele șase module TBM vor juca un rol fundamental. Demonstrând capacitatea lor de a transforma un element la fel de comun ca plumbul de pe Pământ (litiu) în tritiul mai rar și mai prețios, ei vor deschide calea către exploatarea industrială și comercială a energiei de fuziune.
1 – majoritatea elementelor din tabelul periodic există sub diferite forme numite izotopi. Izotopii pentru același element diferă în compoziția nucleului lor atomic., Într-o reacție chimică acționează identic; într-o reacție nucleară, izotopii pot acționa în moduri foarte diferite.
2-litiu-6 este un izotop stabil de litiu prezent în litiu natural la nivelul de 7,5%.
3-Când un neutron lovește un atom de plumb sau beriliu, structura sa atomică este perturbată. După absorbția neutronului, atomul perturbat ejectează doi neutroni-acest lucru crește numărul de neutroni disponibili pentru a genera, într-o a doua etapă, tritiu din litiu-6 conținut în module.
