Reactor de fuziune nucleară

Reactor de fuziune nucleară

În viitor, fuziunea nucleară va servi ca o sursă de energie ecologică nelimitată.

Tehnologie, lucru manual

Cuvinte cheie

reactor de fuziune, ITER, fuziune nucleară, reactor nuclear, energie nucleară, deuteriu, tritiu, camera reactorului, plasma, generator, transformator, turbine, turn de răcire, generarea de energie electrică, centru de control, Franța, energie, prietenos cu mediul, sursă de energie, fizica particulelor, istoria științei, invenție, tehnică, fizică, chimie

Suplimente asociate

Animații

ITER, Reactorul Termonuclear Experimental Internaţional

  • linie electrică
  • transformator
  • rezervor de gaz
  • rezervor de azot lichid
  • clădire de serviciu
  • clădire tokamak - În această clădire se află reactorul fuziunii. Este un rector de tip Tokamak în care, cu ajutorul unui electromagnet de formă toroidală, plasma este izolată și menținută în stare de plutire sub forma unui inel. În această plasmă cu temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C. are loc fuziunea nucleară.
  • laborator, birouri - Clădirea adăpostește birouri, o bibliotecă, o sală de conferințe, o sală de consiliu și un restaurant.
  • centru de control
  • clădire pentru resurse auxiliare
  • turn de răcire
  • clădiri în care are loc transformarea energiei magnetice - Transformă curentul alternativ în curent direct necesar funcționării electromagneților reactorului tokamak.

Reactor de fuziune

  • solenoid central - Produce câmp magnetic împreună cu bobina tiroidală și cea poloidală. Plasma în care are loc fuziunea este menținută în stare de plutire în acest câmp magnetic. Menținerea plasmei în stare de plutire este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, de aproximativ o sută de milioane de °C, ceea ce înseamnă că ar topi orice material.
  • strat de izolație termică - Deoarece plasma din reactor, în care are loc fuziunea, are temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C, este nevoie de izolare termică corespunzătoare.
  • cameră de vid - Aici se formează plasma cu temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C, în care are loc fuziunea nucleară.
  • porturi
  • bobină toroidală - Produce câmp magnetic împreună cu solenoidul central și cilindrul poloidal. În acest câmp magnetic este izolată plasma în care are loc fuziunea. Confinarea plasmei este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, aproximativ o sută de milioane de °C, de aceea nu există material pe care să nu îl poată topi.
  • bobină poloidală - Produce câmp magnetic împreună cu bobina tiroidală și cea poloidală. Plasma în care are loc fuziunea este menținută în stare de plutire în acest câmp magnetic. Menținerea plasmei în stare de plutire este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, de aproximativ o sută de milioane de °C, ceea ce înseamnă că ar topi orice material.
  • plasmă - Gaz ionizat în care, în condiții corespunzătoare, are loc reacția de fuziune. Temperatura este de aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.

Principiul de funcționare

  • sistem de încălzire cu microunde - În reactor, plasma are aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.
  • electromagneți - Plasma cu temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C poate fi menținută doar în această stare de „plutire”. Această stare este susținută de electromagneți.
  • camera reactorului
  • plasmă - Gaz ionizat în care, în condiții corespunzătoare, are loc reacția de fuziune. Temperatura este de aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.
  • vapori - În timpul reacției de fuziune, sub acțiunea căldurii eliberate apa se transformă în abur, care este folosit pentru a produce curent electric.
  • apă - În timpul reacției de fuziune, sub acțiunea căldurii eliberate apa se transformă în abur, care este folosit pentru a produce curent electric.
  • generator
  • transformator
  • turbine - Produc curent electric cu ajutorul aburului.

Procesul de fuziune

În timpul fuziunii nucleare, fuzionează doi atomi care eliberează energie. Pentru obținerea energiei, cea mai propice este fuziunea a doi izotopi ai hidrogenului, deuteriul și tritiul. Combustibilul nuclear stă la dispoziție în cantități nelimitate.

Deuteriul este format dintr-un proton și un neutron, iar tritiul dintr-un proton și doi neutroni. În timpul reacției, nucleul deuteriului și al tritiului se ciocnesc, se formează un nucleu de heliu și un neutron și se eliberează energie. Eliberarea de energie poate fi explicată prin faptul că masa totală a nucleului de heliu și neutronului rezultat este mai mică decât masa nucleelor de deuteriu și tritiu care se ciocnesc. Conform renumitei ecuații a lui Einstein E=mc² scăderea masei duce la eliberare de energie.

E: energia eliberată

m: masa radiată

c: viteza luminii (300 000 km/s)

Energia de activare a fuziunii nucleare este mare deoarece trebuie să învingă reacția de respingere dintre protoni. Când fuziunea nucleară are loc în stele, reacțiile se petrec la temperatură și presiune uriașă.

În reactorul Tokamak, presiunea este mai mică decât în stele, dar temperatura mai mare: de zece ori mai mare decât temperatura din nucleul Soarelui.

Animație

  • solenoid central - Produce câmp magnetic împreună cu bobina tiroidală și cea poloidală. Plasma în care are loc fuziunea este menținută în stare de plutire în acest câmp magnetic. Menținerea plasmei în stare de plutire este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, de aproximativ o sută de milioane de °C, ceea ce înseamnă că ar topi orice material.
  • strat de izolație termică - Deoarece plasma din reactor, în care are loc fuziunea, are temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C, este nevoie de izolare termică corespunzătoare.
  • cameră de vid - Aici se formează plasma cu temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C, în care are loc fuziunea nucleară.
  • porturi
  • bobină toroidală - Produce câmp magnetic împreună cu solenoidul central și cilindrul poloidal. În acest câmp magnetic este izolată plasma în care are loc fuziunea. Confinarea plasmei este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, aproximativ o sută de milioane de °C, de aceea nu există material pe care să nu îl poată topi.
  • bobină poloidală - Produce câmp magnetic împreună cu bobina tiroidală și cea poloidală. Plasma în care are loc fuziunea este menținută în stare de plutire în acest câmp magnetic. Menținerea plasmei în stare de plutire este necesară deoarece temperatura sa este foarte ridicată, de aproximativ o sută de milioane de °C, ceea ce înseamnă că ar topi orice material.
  • plasmă - Gaz ionizat în care, în condiții corespunzătoare, are loc reacția de fuziune. Temperatura este de aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.
  • sistem de încălzire cu microunde - În reactor, plasma are aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.
  • electromagneți - Plasma cu temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C poate fi menținută doar în această stare de „plutire”. Această stare este susținută de electromagneți.
  • camera reactorului
  • plasmă - Gaz ionizat în care, în condiții corespunzătoare, are loc reacția de fuziune. Temperatura este de aproximativ o sută de milioane de °C. Temperatura ridicată este necesară datorită energiei mari de activare. Încălzirea este produsă cu radiație cu microunde și curent electric. Când reacția de fuziune pornește, datorită energiei eliberate nu mai este nevoie de energie externă pentru a menține plasma.
  • vapori - În timpul reacției de fuziune, sub acțiunea căldurii eliberate apa se transformă în abur, care este folosit pentru a produce curent electric.
  • apă - În timpul reacției de fuziune, sub acțiunea căldurii eliberate apa se transformă în abur, care este folosit pentru a produce curent electric.
  • generator
  • transformator
  • turbine - Produc curent electric cu ajutorul aburului.

Narațiune

În timpul fuziunii nucleare fuzionează două nuclee eliberându-se astfel energie. Pentru obținerea energiei, cea mai propice este fuziunea nucleelor de deuteriu și tritiu.

Deuteriul este format dintr-un proton și un neutron iar tritiul dintr-un proton și doi neutroni. În timpul reacției, nucleul deuteriului și cel al tritiului se ciocnesc, se formează un nucleu de heliu și un neutron și se eliberează energie.

Deoarece protonii cu sarcină pozitivă ai nucleelor se resping, este nevoie de multă energie de activare pentru ca nucleele să se apropie suficient și să aibă loc fuziunea. Când reacția a avut loc, se eliberează mai multă energie decât s-a investit, astfel reacția este exotermă.

Când fuziunea are loc în stele, energia de activare este furnizată de presiunea și temperatura uriașă generată de forța gravitațională.

Forța de distrugere a bombei cu hidrogen construită de Teller Ede și Stanislaw Ulam este dată tot de fuziunea nucleară. Energia necesară pentru declanșarea fuziunii în bomba cu hidrogen este produsă de explozia unei bombe atomice.

Până în prezent, nu s-a găsit încă o soluție pentru utilizarea energiei fuziunii nucleare în scopuri pașnice; deși au fost construite mai multe reactoare pentru experimente, funcționarea acestora s-a dovedit a fi neeconomică: pentru menținerea în funcțiune a reactoarelor, este nevoie de mai multă energie decât poate fi obținută. Tehnologia este însă promițătoare, deoarece cantitatea de tritiu și deuteriu este practic inepuizabilă, funcționarea reactoarelor este nepoluantă, iar produsul final, heliul, este inofensiv; de asemenea mediul înconjurător nu este expus radiațiilor radioactive și din cantitate mică de material combustibil se poate obține o cantitate uriașă de energie.

Proiectul internațional în curs de desfășurare va duce probabil la un progres în construcția reactoarelor de fuziune. Construcția Reactorului Experimental Termonuclear Internațional, pe scurt ITER, a început în 2006 în sudul Franței.

Reacțiile de fuziune au loc în plasma de deuteriu-tritiu, care este un gaz ionizat compus din electroni eliberați din atomi și din nuclee de deuteriu și tritiu. Energia de activare este produsă de încălzirea plasmei până la temperatura de aproximativ o sută de milioane de °C. Deoarece o astfel de temperatură ar topi pereții reactorului, plasma este menținută în stare de plutire sub formă de inel într-un câmp magnetic. Câmpul magnetic este produs de electromagneți sub formă toroidală. Acest tip de reactor este numit TOKAMAK. Încălzirea plasmei este efectuată de curent electric și microunde. La temperatura extrem de ridicată, este declanșată reacția de fuziune.

Conform planurilor, construcția reactorului va fi finalizată în anul 2018. ITER va putea produce 500 de megawați în cel mult 400 de secunde cu o investiție de 50 de megawați. ITER nu a fost proiectat pentru producerea industrială de curent electric, ci în primul rând pentru dezvoltarea și testarea tehnologiei necesare pentru producerea de energie. Sunt, însă, în proiect planurile reactorului DEMO de 2000 de megawați, care va fi construit în scopul producerii de curent electric.

În prezent, în proiectul ITER sunt implicate Uniunea Europeană, SUA, Japonia, Coreea de Sud, India, China și Rusia. Jumătate din cheltuielile estimate la 16 miliarde de euro sunt suportate de Uniunea Europeană. Această colaborare va face posibil ca necesarul tot mai mare de energie al omenirii să fie asigurat cu ajutorul tehnicilor nepoluante și sigure.

Suplimente asociate

Particulele elementare

Materia se compune din quarcuri și leptoni, interacțiunile fiind mediate de bozoni.

Soarele

Diametrul Soarelui este de 109 mai mare decât cel al Pământului. Masa sa este compusă în principal din hidrogen.

Tipuri de stele

Această animație prezintă procesul de dezvoltare a stelelor pentru stele de mărime medie și mare.

Bombe atomice (1945)

Bomba atomică este una dintre cele mai distrugătoare arme din istoria omenirii.

Centrală nucleară

Centralele nucleare convertesc energia eliberată în timpul reacțiilor nucleare în energie electrică.

Formarea moleculelor de hidrogen

În moleculele de hidrogen, atomii de hidrogen sunt legați prin legături covalente.

Radioactivitatea

Numim radioactivitate procesul de dezintegrare a nucleelor atomilor instabili.

Reacție în lanț

Energia eliberată în timpul fisiunii nucleare poate fi utilizată atât în scop militar, cât și în scop civil.

Curiozități din astronomie

Animația prezintă câteva dintre curiozitățile sistemului nostru solar.

Evoluția mecanicii cerești

Animația prezintă activitatea științifică a astronomilor și fizicienilor ale căror cercetări au influențat imaginea noastră despre univers.

Experimentul Rutherford

Experimentul Rutherford a demonstrat existența nucleelor atomice încărcate pozitiv. Rezultatele experimentului au condus la elaborarea unui nou model atomic.

Sondele spațiale Voyager

Sondele spațiale Voyager au fost primele obiecte create de om care au ajuns în afara sistemului solar. Ele strâng date despre spațiul cosmic și au la bord...

Sputnik 1 (1957)

Satelitul dezvoltat de Uniunea Sovietică a fost prima navă spaţială lansată în spaţiul cosmic (octombrie, 1957).

Tipuri de sateliți

Sateliții artificiali care orbitează în jurul Pământului sunt utilizați atât în scop civil, cât și în scop militar.

Transformator

Transformatorul este un dispozitiv care transformă parametrii energiei electrice.

Centrală electrică eoliană

Centralele eoliene transformă energia cinetică a vântului în electricitate.

Centrală electrică solară

Centralele electrice solare transformă energia solară în electricitate.

Centrală geotermală

Centrale geotermale transformă energia apel subterane fierbinți cu presiune înaltă în electricitate.

Cum funcționează panoul solar și colectorul solar?

Animația prezintă modurile de utilizare ale energiei solare.

Hidrocentrală (Barajul Hoover, SUA)

Barajul imens construit pe fluviul Colorado în Statele Unite ale Americii a fost numit după unul din foștii președinți americani.

Laboratorul lui Marie Curie

Marie Curie, singura care a primit Premiul Nobel în două științe diferite, este probabil cea mai cunoscută femeie din istoria științei.

Legile lui Kepler

Cele trei legi care descriu mișcările planetelor în jurul Soarelui au fost enunțate de astronomul german Johannes Kepler.

Misiunea Dawn

Studierea protoplanetelor Vesta şi Ceres oferă informaţii despre formarea planetelor alcătuite din rocă precum şi despre istoria timpurie a sistemului solar.

Misiunea New Horizons (Orizonturi Noi)

Sonda spațială New Horizons a fost lansată în 2006 pentru a cerceta planeta Pluto și centura Kuiper.

Naveta spațială Space Shuttle

Space Shuttle era un tip de navetă spațială reutilizabilă cu echipaj uman, dezvoltată de NASA.

Rețea de alimentare cu energie electrică

Rețelele de alimentare cu energie electrică asigură transportul curentului electric de la centralele electrice la consumatori.

Stația Spațială Internațională

Stația Spațială Internațională este o stație spațială locuibilă, la construcția căreia au participat 16 state.

Zborul lui Iuri Gagarin în spaţiu (1961)

Iuri Gagarin a fost primul om din lume ajuns în spaţiu la 12 aprilie 1961.

Centrală mareomotrică

Centralele mareomotrice utilizează fluctuația zilnică a nivelului apei pentru a produce electricitate.

Poluarea mediului

Poluarea este efectul negativ al activității umane asupra mediului înconjurător.

Turbină hidraulică, generator

Turbinele hidraulice transformă energia cinetică a apei în curent electric.

Uzină de biogaz

Biogazul este produs din materie organică (îngrășăminte naturale, deșeuri vegetale, deșeuri organice) cu ajutorul bacteriilor. Biogazul este un amestec de...

Added to your cart.