Fuziune Termonucleara Controlata

Vezi subiectul anterior Vezi subiectul urmator In jos

Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 5:19 pm

Salut,

  Am dorit sa fac o expunere mai in amanunt despre energia de fuziune, dar din lipsa de timp, o fac mai scurta, insa se va mai completa pe parcurs. Cred ca atunci cand aceste reactoare de fuziune vor fi fezabile si vom obtine energie din fuziune in mod continuu, va fi un salt urias pentru omenire, echivalent cu pasul facut pe Luna. In momentul de fatza, fiecare tara dezvoltata, dar incluzand si Romania, isi concentreaza resursele pe dezvoltarea fezabila a unui model de reactor de fuziune dar si pe un model magnetohidrodinamic. In prezent, problemele sunt de natura stiintifica, tehnica si economica. Raportul tarii noastre in programul de fuziune este la nivel teoretic (resurse de creier Smile) si cel experimental: diagnoza, depunerea de wolfram in camera interioara a peretului. Trebuie sa avem in vedere, ca plasma din camera de fuziune atinge 150 000 000 K, mai fierbine de 10 ori decat in interiorul Soarelui.
  Sa ne facem o idee cum arata un reactor de fuziune, am expus in figura de mai jos, doua modele:
1 TOKAMAK





2. STELARATOR



Acestea sunt cele mai intalnite si care s-au construit cu zecile din anii 50 incoace, de catre URSS/Rusia,  SUA, UK, Germania, Japonia. Mai nou, China, India, Cehia investesc si ele in tokamak si au propriile reactoare.
  Plasma intr-un reactor de fuziune este incalzita pana se "aprinde" , atunci zicem ca avem fuziune. Un alt model, este cel intertial: pe o pastila cu deuteriu-tritiu sunt concentrate fasciule laser foarte puternice pana cand are loc fuziune, nu stiu cat dureaza acest proces, banuiesc ca e aproape instant. Americanii au investit mult in acest proces, au reusit sa ajunga la fuziune concentrat 192 de lasere, pentru un cost total de ~ 1.5 mld. dolari, dar nu e o metoda practica, in orice caz, nu e o solutie pentru a obtine energie de fuziune livrabila.


Ultima editare efectuata de catre DanielDumitru in Mier Apr 01, 2015 12:52 am, editata de 2 ori

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 5:25 pm

Un link util in domeniu: https://www.euro-fusion.org/

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 5:32 pm

Sunt multe programe europene pentru popularizarea energiei de fuziune si incurajarea tinerilor sa ia parte la program: prin scoli de vara, burse, conferinte. Domeniul inca se afla sub cercetare, inca nu stim cum sa controlam eficient plasma, cum putem aseza bobinele, astfel incat geometria plasmei sa aiba cea mai mare stabilitate. Raspunsurile la aceste intrebari, vin din calcule analitice-numerice. De multe ori, nici matematica nu e suficienta sa raspunda la diferite intrebari impuse de modelele fizice propuse. Astfel ca cercetarea energiei de fuziune a contribuit si la dezvoltarea unor ramuri stiintifice ca matematica, fizica.

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 5:41 pm

Aici am vorbit despre fuziune la scara mare, sunt discutii si la scara mica, dar inca departe de realitate, dar nu imposibil si poate candva sa avem motoare bazate pe fuziune. Eu ma inham la un astfel de model, am tot ce-mi trebuie, idei sa fie.

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de Rami la data de Mar Mar 31, 2015 8:23 pm

Salut!

Înţeleg că la instalaţiile de fuziune este o problemă cu deteriorarea materialelor reactorului la menţinerea pentru mai mult timp a plasmei generate. Cunoşti cumva cam ce soluţii sunt propuse pentru automenţinerea plasmei?
avatar
Rami
Experienced User
Experienced User

Mesaje : 498
Puncte : 648
Data de inscriere : 01/10/2012

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 11:29 pm

Cred ca sunt doua intrebari aici: deteriorarea peretelui si mentinerea plasmei, exista si automentinere: adica sa oprim curentul in bobinele exterioare iar fuziunea sa se sustina independent.

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 11:39 pm

Legat de perete: din reactia de fuziune (deteriu + tritiu) rezulta neutroni si radiatii, acesti neutroni lovesc peretele, intrucat nu pot fi confinate magnetic. Neutronii incalzesc peretele (scopul fuziunii), dar lovind peretele il si deterioreaza cu timpul, ioni de W intra in plasma si racesc plasma. Din acest motiv, sa se scape de aceste impuritati, plasma are un X point la separatrice:



Cine isi mai aminteste de separatrice de la ecuatiile diferentiale, acolo e o singularitate si da batai de cap modelelor matematice, dar se rezolva prin functii Green. Ei bine, prin acel x-point ies toate impuritatile din plasma, in divertor.


Ultima editare efectuata de catre DanielDumitru in Mier Apr 01, 2015 12:59 am, editata de 3 ori

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mar Mar 31, 2015 11:50 pm

Din acest motiv, in perete, printre W se pune Li, acest element in plasma, se tranforma in tritiu - materia prima pentru fuziune si aproape inexistent in natura si radioactiv, cu un timp de injumatatire de 12 ani. Peretele se deterioreaza incontinuu, dar exista un sistem in reactor care inlocuieste parti din peretele interior. In ITER va fi un brat robotizat care se va ocupa de asta:


DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de Rami la data de Mier Apr 01, 2015 9:52 am

Într-adevăr, erau două întrebări, dar pe prima am exprimat-o ca pe o constatare.  Smile
Mersi pentru răspuns.
avatar
Rami
Experienced User
Experienced User

Mesaje : 498
Puncte : 648
Data de inscriere : 01/10/2012

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de Kenose la data de Mier Apr 01, 2015 11:29 am

Un topic extrem de interesant. Iti multumesc pentru contributia adusa la forum!
avatar
Kenose
Moderator global
Moderator global

Mesaje : 305
Puncte : 542
Data de inscriere : 30/11/2012

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 11:36 am

Mersi, eh sunt si eu un amator Razz.
 Deci era chiar o intrebare, cum sa se sustina plasma, pai nu prea stim, are cineva idei ? Smile

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 11:42 am

Pe bune ca aici ideile, imaginatia conteaza. Plasma trebuie adusa la energii foarte mari, dar devine instabila, o idee ar fi sa se catalizeze fuziunea si atunci energia necesara confinarii si stabilizarii plasmei sa fie mai mica: http://en.wikipedia.org/wiki/Muon-catalyzed_fusion
  dar nu sunt expert in fizica particulelor, dar citesc poate vine vreo idee.
 Nu e problema deteriorarea peretelui interior, mai degraba ar fi problema cum colectam toata caldura degajata prin fuziune. Aria camerei interioare e mult prea mica pentru caldura pe care trebuie sa o colectam din fuziune.


Ultima editare efectuata de catre DanielDumitru in Mier Apr 01, 2015 12:02 pm, editata de 1 ori

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 11:55 am

In fond ideea de stabilitate si cum se face un tokamak e simpla, ingredientele fuziunii sunt:
 1. o bucata mare de tor
 2. bobine electromagnetice care se pun pe tor (confinarea plasmei)
 3. bobina selenoida in centrul torului (pentru accelerarea ionilor in plasma)
 4. materia prima fuziunii: deuteriu

  Toate modelele matematice si fizice, armate de ingineri si oameni de stiinta lucreaza dupa acest model.
  Eu trebuie sa tin plasma in camera toroidala, intrebarea pe care mi-o pun imediat, cat de mult curent trebuie sa introduc in bobine ca sa am plasma confinata magnetic si sa o mentin pe un platou de stabilitate, timp in care ideal sa am si fuziune. Aici ne folosim doar de 2 ecuatii Maxwell  si

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 12:00 pm

plasma se incalzeste si se dilata, deci tinde sa iasa din reactor cu o anumita presiune, atunci cu ce presiune magnetica trebuie sa contracaram dilatarea plasmei?
 Cu ecuatia Euler:

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 12:10 pm

Cu aceste 3 ecuatii eu construiesc, in coordonate cilindrice (consider torul un cilindru inchis la capete), o ecuatie de echilibru, care poarta numele de ecuatia Grad-Shafranov. Nu prea sunt solutii analitice la aceasta ecuatie, decat pentru niste modele simplificate, dar se poate aborda numeric. Cea mai buna solutie in prezent, care duce la o aproximatie destul de buna a unei plasme reale de fuziune e cea a unui roman:
C. V. Atanasiu, S. Günter, K. Lackner and I. G. Miron, Physics Plasmas, Vol. 14, 2004, p. 3510.

 Foarte bine se apropie si varianta lui Guazzotto si Friedberg:
Guazzotto L. and Freidberg J. P. 2007, Phys. Plasmas, 14:508

http://dspace.mit.edu/bitstream/handle/1721.1/94214/07ja014_full.pdf?sequence=1

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 12:20 pm

Solutiile ecuatiei G-S imi permite sa stiu profilul plasmei si curentii necesari confinarii.
 Ma refer la profilul plasmei pentru ca timpul necesar fuziunii si stabilitatea plasmei sunt in stransa concordanta cu geometria plasmei. Daca facem o sectiune in tor, oriunde, nu conteaza, in termeni mai stiintifici zicem o sectiune poloidala (iar dupa cealalta directie, dupa unghiul torului, se numeste toroidala) constatam ca dealungul timpului, profilul plasmei poloidale s-a schimbat, de la un cerc simplu la forma literei D. Pentru ca s-a constatat ca plasma se incalzeste mai rapid daca este alungita, din acest motiv tokamak-urile sunt in asa fel construite incat sa semene profilul poloidal in forma literei D.

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Mier Apr 01, 2015 1:46 pm


DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Joi Apr 02, 2015 3:31 pm

Mai jos aveti o figura cu ITER, un tokamak aflat in constructie in Cadarache cu termen de finalizare 2018-2019. Este de asteptat ca energia eliberata sa fie de 10 ori mai mare decat energia primita (Q=10). Daca lucrurile vor merge bine, se va trece la constructia primului reactor de uz comercial, numit DEMO, planuit sa fie construit in ~ 2050. ITER isi propune sa livreze populatiei 500 MW.


DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Joi Apr 02, 2015 3:34 pm

Dar ITER are un concurent, si este posibil ca DEMO sa nu fie un tokamak, ci un stelarator: WENDELSTEIN - 7 X



 Sa privim topologia magnetica:


DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Joi Apr 02, 2015 3:41 pm

Intr-un stelarator e cu totul o alta fizica decat in tokamak, e cu mult mai complexa, in primul rand nu avem simetrie, asta ne impune sa lucram cu ecuatii in 3D. Exista totusi o cvasisimetrie, sa mai simplifice lucrurile. Sunt avantaje si dezavantaje in cele doua sisteme. E interesant ca primul reactor de fuziune a fost un stelarator, construit de Lyman Spitzer in 1951, Princeton.



Ultima editare efectuata de catre DanielDumitru in Joi Apr 02, 2015 4:44 pm, editata de 1 ori

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de DanielDumitru la data de Joi Apr 02, 2015 4:43 pm

Am sa lucrez la niste ecuatii MHD pentru configuratii simple de confinare iar apoi le generalizez pentru tokamak. Apoi vom incerca sa atacam problema altor configuratii de fuziune, gen polywell, sa vedem daca vreodata poti obtine fuziune. Eu ma gandesc serios sa il construiesc, gasesc resurse pentru asta, il voi face in cadrul Institului la care lucrez Razz

DanielDumitru
User
User

Mesaje : 37
Puncte : 55
Data de inscriere : 26/03/2015
Joburi/Distractii : Math

Vezi profilul utilizatorului

Sus In jos

Re: Fuziune Termonucleara Controlata

Mesaj Scris de Continut sponsorizat


Continut sponsorizat


Sus In jos

Vezi subiectul anterior Vezi subiectul urmator Sus


 
Permisiunile acestui forum:
Nu puteti raspunde la subiectele acestui forum