ITER. fusionsenergins genombrott? International thermonuclear experiment reactor. Latin: Vägen

Transkript

1 International thermonuclear experiment reactor ITER fusionsenergins genombrott? Latin: Vägen

2 PLASMA varmt, varmare, varmast 100 miljoner grader

3 Energi för framtiden? Kärnkraft- fission och/eller fusion Atomic Mass Vid förbränning av kol sker en kemisk reaktion med energier några ev vid en temperatur av ca 1000 grader Vid förbränning av kärnbränsle sker en kärnreaktion med energier av MeV vid en temperatur av 100 miljoner grader Z SKILLNADEN mellan en kemisk reaktion (t.ex oljeförbränning) och en kärnreaktion? Energiutbytet miljoner gånger effektivare vid en kärnreaktion!

4 Behov av energi Befolkningökning ökad energianvändning 2000 Energy demand growing rapidly (80% from fossil fuels). Predictions suggest strong growth will continue.

5 Primary energy supply year 2012 and year 2050 Sweden Fossil Fossil Nuclear Total 558 TWh Nuclear Bio Total 526 TWh Bio Hydro Hydro Global Fossil Fossil Total TWh Total TWh Bio Wind-Sun- Wave power Bio %

6 Electricity production year 2012 and year 2050 Sweden Nuclear Nuclear Totalt 163 TWh Total 179 TWh Hydro Hydro Bio Bio Global Fossil Fossil Total TWh Total TWh Nuclear Hydro Nuclear Bio Hydro Wind-Sun- Wave power %

7 Energiformer, Europa Kolförbrukningen (grått) är störst i Danmark och Tyskland Gasförbrukningen (gult) är störst i Italien och England Vattenkraft (blått) är störst i Sverige Kärnkraft (fission)(lila) är störst i Frankrike

8 Sveriges elproduktion mars Mars månad MW Elexport Kärnkraft Vattenkraft Kraftvärme Vindkraft

9 g CO2/kWhel Iceland Norway Sweden Slovak Switzerland France Austria Finland Belgium Spain Slovenia Hungary Portugal Denmark Luxembourg Italy Netherlands Ireland Germany United Turkey Czech Greece Poland

10 Snabb fusionshistoria Thomson & Blackman vid Imperial College registrerar patent- termonuclear plant - hemligstämplas pincheffekten bakom stängda dörrar.. (Spitzer, Princeton m fl) Khrushchev statsbesök till UK. Kurchatov ger seminarium On the possibility of producing thermonuclear reactions in a gas discharge 1958 Geneve konferens om fusionsforskning- allt startar fusionsforskning i Europa, USA, Ryssland 1983 JET experiment i Oxfordshire, UK startar. EURATOM- Europeiskt experiment 2005 beslut om ITER placering Cadarache, Frankrike, 7 partners Europa, Japan, Ryssland, USA, Kina, SydKorea och Indien.

11 The Pinch Effect s Peter Thonemann and Sir George Thomson s idea Alan Ware and Sir George Thomson at Imperial College. R=25cm a=3cm Plasma ring unstable

12 Tokamak T / kev (10 millions degrees) confirmed

13 Fusionsforskningsframsteg

14 Fusionsenergi If we fuse isotopes of Water to Helium D 1 2 T 1 3 He 4 + n + Energy In this process 0.4% of the total original mass is released as energy

15 FUSIONSENERGI The combined mass of the two small nuclei is greater than the mass of the nucleus they produce E=mc 2 T D 2 1 He 4 + n + Energy mass

16 MEN.. Båda kärnorna är också positivt laddade En stark repulsiv Coulomb kraft existerar mellan partiklarna D + T + Mycket energi krävs innan kärnorna slås samman

17 Fusionstemperatur (kinetisk energi) Perfekt För hög energi För D + T Fusion ~ 500 million ºC För lite energi

18

19 Hur kan plasmat inneslutas? Sol

20 Magnetfält krävs för att innesluta ett plasma Chaotic motion Gyro motion

21 Inneslutning av varma plasma Tokamak, from the Russian words: toroidalnaya kamera, magnitnaya katushka meaning toroidal chamber and magnetic coil A tokamak is a toroidal plasma confinement device with: External coils to provide a toroidal magnetic field. A transformer with a primary winding to produce a toroidal current in the plasma. The current generates a poloidal magnetic field and therefore twisted field lines. The current provides plasma heating Inneslutningskvalitet Energi-inneslutningstid (te)

22 TOKAMAK PRINCIPLE

23 Inuti JET (~100 m3 volym)

24 JET Vacuum Vessel #60753 Remote handling robotic arm ELMs divertor region

25 ion temperature (kev) ion temperature (kev) Plasmafysikforskning Turbulence Enhances Transport 250 Million degrees Energy Confinement Time t E Million degrees 15 Suppression of turbulence 10 5 Improves confinement major radius (m) Bättre förståelse av transport (av partiklar, av energi) i plasmat ger oss bättre förståelse av plasmats inneslutningsprestanda.

26 Plasmafysikforskning Transport Energy Confinement Time t E Turbulence in a magnetised plasma Enhances transport Suppression of turbulence Improves confinement Better understanding of transport in tokamak plasmas enables us to improve its confinement

27 Big Science: the 14 MeV neutron spectrometer Neutronspektrometer, byggd av neutrongruppen vid Uppsala universitet, installerad vid JET.

28 Komplexitet - JET Fusionsplasmats egenskaper mäts med fusionsplasmadiagnostik. 53 olika JET diagnostiska system producerar data: 0.2Mb (1983), 10Gb (2000).

29 Realtidskontroll

30 ITER, the Next Step is truly international * (International Thermonuclear Experimental Reactor) Tokamak 2-3 times larger than JET Plasmas will last 5-8 minutes Develop reactor technologies Building cost $ 4 billion Ready for operation metres high Volume 1330 m 3 Heating Power 50 MW Standard man Fusion Power 500 MW * EU, USA, JAPAN, RUSSIA, CHINA, S. KOREA, INDIA

31

32 Inuti ett kolkraftverk.. Storleken av ITER

33 ITER magneter jämförda med vindturbiner 14 m

34 Europeisk samverkan

35 64 Utbildning Training ITER Generation / Remote Participation age gigaflops CPU use Age distribution of European physicists involved Remote participation - average age in the JET 2002 Experimental Campaigns

36 Cadarache, Provence, France (home of France s Atomic Energy Commission) ITER site (artist s impres Tore-Supra Tokamak (French experiment)

37 JET ITER DEMO, naturlig progression med fusion på elnätet inom 30 år. Fusion kan bli en viktig komponent i energiportföljen under 21a seklet. JET ITER DEMO

38 En framtida fusionsreaktor... Energetic neutrons escape magnetic field and penetrate Lithium blanket Heat extracted to drive a steam generator and produce electricity

39 Vad kan vi göra i Sverige för att denna nya energikälla skall bli tillgänglig för jordens befolkning? 1. Utbildning- kärnkraftens utnyttjande till fusionsenergi skulle vara ett fredligt, miljövänligt och långsiktigt energitillskott 2. Social acceptans- en politisk vilja måste skapas att utveckla och utnyttja denna nya energiform 3. Fusionsforskningen måste klassas som energiforskning- Sverige är fn det enda land i Europa där så ej är fallet.

40 Information om fusion, om JET, om ITER: (contemporary physics education project) G McCracken & P Stott: Fusion. The energy of the universe, Elsevier, Academic Press, 2005 T Adolfsson: Fusion framtidens energikälla?, Utbildningsradion, 1982 Svenska Dagbladet :Fusion-närmare än någonsin, E Rachlew & J Scheffel: Fusion i 21:a århundradet-en vital del av energiförsörjningen, Kosmos 2004 Scientific American, September 2006, Energy s future beyond carbon

41 Framtiden

42 1.20E E E+10 Is Fusion research Expensive? 110 billion NO! Negligible on the scale of the energy market, i.e. 0.02%. Over next 30 years IEA predicts 16 trillion energy investment. 6.00E E E E million UK Fusion UK electricity BP turnover Construction costs of three tokamaks: MAST (UK) 10 M JET (EU) 200 M ITER (INT) 3000 M

43 TACK för Er uppmärksamhet!

44 ITER Advanced Scenarios: ITB plasmas Turbulent vortices of the electrostatic potential are broken Without ITB With ITB Monotonic current (q) profile ITB: model predicts mitigation of turbulent transport Reversed current (q) profile Inversion of magnetic shear X.Garbet

45

46 ITER Advanced Scenarios: Internal Transport Barrier (ITB) ITER advanced plasma scenarios (ITB plasmas and Hybrid mode): - potential for higher fusion performance and - steady state operation Pushing as far as possible the development of the scenarios will save significant experimental time on ITER

47 JET has provided key data for the design of ITER ITER JET Cross section of present EU D- shape tokamaks compared to the ITER project

48 En e En Fusion fusionsreaktor Power Plant