SYNTEZA
SYNTEZA
=
=
SA
OC
CE
SA
OC
CE
J
DROWA
J
DROWA
na Ziemi
na Ziemi
Energia termojÄ…drowa
Czysta energia dla przyszłości
Reakcje termojÄ…drowe sÄ… z
ródłem energii Słońca oraz innych gwiazd. Naukowcy oraz inżynierowie
Bezpieczeństwo i środowisko Bezpieczeństwo i środowisko
Elektrownia termojądrowa będzie funkcjonowała po prostu jako podgrzewacz gazowy. W procesie syntezy termojądrowej nie są produkowane radioaktywne
na całym świecie wspólnie pracują nad metodą wykorzystania syntezy jądrowej na Ziemi.
W każdej chwili będzie dostarczana ograniczona ilość paliwa, wystarczająca do pracy odpady. Jednak metalowe elementy konstrukcyjne elektrowni mogą
reaktora przez kilka sekund. Jeśli wstrzymamy dopływ paliwa, proces syntezy zatrzyma z czasem stać się radioaktywne. W wyniku doboru odpowiednich
się. Dlatego przebieg reakcji nie może wymknąć się spod kontroli. materiałów, poziom ich promieniowania powinien szybko maleć, i jak
Jeśli odniosą sukces, energia termojądrowa pozwoli zaspokoić światowe zapotrzebowanie
3
się oczekuje, po około 100 latach te materiały mogłyby zostać
ponownie użyte, lub bez kłopotu przechowywane.
na energię w sposób bezpieczny dla środowiska.
Stan badań nad syntezą termojądrową
mikrofale
Prace badawcze nad syntezą termojądrową są prowadzone na całym świecie.
Jedna z metod podgrzewania plazmy polega
Największy jest eksperyment badawczy JET (Joint European Torus) w Anglii .
3
na wykorzystaniu mikrofal, tak jak w kuchence mikrofalowej.
Jednak JET jest wciąż zbyt mały, by był wykorzystany jako elektrownia. Małe
Czym jest synteza Synteza termojÄ…drowa Synteza termojÄ…drowa
przedmioty stygną szybciej niż duże (pomyśl o zupie na łyżce i o zupie na talerzu),
termojÄ…drowa? jest z
ródłem energii Słońca na Ziemi
zatem jeżeli reaktor jest zbyt mały, energia potrzebna do utrzymania odpowied-
niej jego temperatury jest większa niż uwalniana w trakcie syntezy. Obecnie, mię-
Synteza jądrowa jest zjawiskiem zachodzą- Wewnątrz Słońca, w każdej sekundzie, 600 miliardów kilogramów Chcemy wykorzystać na Ziemi syntezę termojądrową
dzynarodowa wspólnota naukowców, zajmująca się tym zagadnieniem, przygoto-
cym w Słońcu i innych gwiazdach. Jest to wodoru łączy się, tworząc hel. Wydziela się przy tym ogromna ilość jako z
ródło energii. Ten sposób produkcji energii jest
plazma
wuje się do podjęcia kolejnego ważnego kroku: projektu ITER (zobacz poniżej).
reakcja, w której dwa jądra atomowe łączą energii, a niewielka jej część podtrzymuje życie na Ziemi. bezpieczny i nie zagraża środowisku naturalnemu:
W tokamakach plazma może być
się, tworząc w rezultacie jądro cięższego Temperatura w centrum Słońca wynosi 15 milionów stopni Celsjusza. W w trakcie syntezy nie wydzielają się gazy cieplarniane,
1
dziesięciokrotnie bardziej gorąca
atomu. Gdy lekkie atomy (na przykład wysokich temperaturach, atomy gubią swoje elektrony i wspólnie z nimi które mogłyby wpływać na klimat. Na Ziemi, mamy
niż w centrum Słońca.
wodoru) łączą się, uwalniana jest bardzo tworzą gaz cząstek naładowanych nazywany plazmą. Słońce jest obfite ilości paliwa do produkcji energii, wystarczające na
duża energia. Synteza jest reakcją odwrotną plazmą, taką samą jak ślad po wyładowaniu atmosferycznym lub gaz miliony lat.
Bezpieczeństwo i środowisko
do rozszczepienia, w której ciężkie atomy wewnątrz żarówki fluorescencyjnej.
W trakcie syntezy nie są produkowane żadne szkodliwe substancje
rozrywane sÄ… na mniejsze fragmenty.
ani też gazy cieplarniane, które mogłyby wpływać na klimat.
JÄ…dra atomowe odpychajÄ… siÄ™ wzajemnie z 2
hel
powodu posiadania dodatniego Å‚adunku
Synteza termojÄ…drowa Tokamak
elektrycznego. Pokonanie sił odpychających
Dwa lekkie jądra atomowe, deuter i tryt, Reaktor w kształcie pierścienia,
jest możliwe podczas zderzeń zachodzących
łączą się razem tworząc jądro helu, w którym przeprowadza się
przy dużych prędkościach, co oznacza, że
deuter
uwalniając przy tym neutron i dużą reakcje termojądrowe na Ziemi.
synteza zachodzi wyłącznie w bardzo wyso-
C
ilość energii.
kiej temperaturze.
M
Y
prÄ…d elektryczny
CM
proton
MY
CY
neutron 4
CMY
K
tryt
woda (chłodziwo) para turbiny transformator
Bezpieczeństwo i środowisko
Projekt ITER
Kolejny krok w badaniach nad syntezÄ… termojÄ…drowÄ… to wielki
Tryt jest substancją radioaktywną, lecz ponieważ jest produkowany(z litu), wewnątrz reaktora
międzynarodowy projekt ITER. Kraje Unii Europejskiej, Japonia,
a także w nim spożytkowany, przenikanie trytu na zewnątrz jest ograniczone. Surowe środki
komora reaktora człowiek
Indie, Chiny, Rosja, Korea Południowa i Stany Zjednoczone chcą
ostrożności i zamknięte układy zapewnią wysoką szczelność, tak aby tryt nie wydostawał się
W przybliżeniu 10 m wysokości wzrost 1.85 m
wspólnie wykazać, że synteza jest możliwa i że można tą drogą
na zewnÄ…trz elektrowni.
produkować energię na dużą skalę.
ITER będzie dwukrotnie większy od JET i jest zaprojektowany na
Dzisiejsze z
ródła
moc 500 MW. Będzie to dziesięciokrotnie większa moc niż jest
Funkcjonowanie elektrowni termojÄ…drowej
2,2 % wymagana do podtrzymywania reakcji jÄ…drowej. ITER zostanie
Paliwo przyszłych elektrowni: tryt i deuter będzie podgrzewane do temperatury Podczas reakcji syntezy uwalniane są wysokoenergetyczne energia wodna
usytuowany w Cadarache, na południu Francji .
neutron 4
6,5 %
150 milionów stopni, przy użyciu różnorodnych metod. Jedna z metod wykorzy- neutrony, które nie reagują na pole magnetyczne i uderzają
Budowa ITERa potrwa dziesięć lat i powinna zostać zakończona
rozszczepienie
stuje mikrofale, takie same jak te, którymi podgrzewamy posiłki. Otrzymana w w ściany komory. W przyszłej elektrowni będą one przekazy-
jÄ…drowe
około roku 2016. Jeśli ITER zakończy się sukcesem, będzie
Energia jest ważna rezultacie gorąca plazma jest przechowywana w komorze próżniowej w kształcie wały swoją energię substancji chłodzącej i przetwarzały lit w
można zbudować próbną elektrownię termojądrową.
Paliwo dla syntezy termojÄ…drowej
pierścienia. Aby uniemożliwić kontakt plazmy ze ścianami (zbytnio by się ochło- tryt. Gorące chłodziwo będzie na zewnątrz reaktora wykorzy-
Potrzebujemy energii niemal do wszystkiego, co robimy i
Aby zastosować syntezę termojądrową jako z
ródło energii, należy użyć specjalnej miesza- Magnesy stywane do wytwarzania pary, dzięki czemu będzie możliwe
dziła), wewnątrz komory wytwarzane jest silne pole magnetyczne .
1
czego używamy  jazdy samochodem, ogrzewania, goto-
niny gazów, podgrzewanych do bardzo wysokiej temperatury. Synteza zachodzi gdy gaz Silne magnesy sprawiają, że gorąca plazma nie styka wytwarzanie energii elektrycznej (albo wodoru) .
Pod wpływem tego pola, jony, elektrony i jądra atomowe znajdujące się w plazmie
2
wania, telewizji, muzyki, telefonii, oczyszczania wody.
Rodzaje energii
jest wystarczająco gorący. Mieszaninę gazów (która stanowi paliwo dla reaktora termoją- się ze ścianami komory tokamaka, tylko nieustannie
nieustannie przemieszczają się po torach kołowych wewnątrz komory, pokonując
Jeśli chcemy nadal żyć w taki sposób, jak dotychczas,
200 %
drowego tak jak benzyna dla samochodu) tworzą dwa izotopy wodoru: deuter i tryt. krąży dookoła w jego wnętrzu.
bez zetknięcia ze ścianami dosłownie tysiące kilometrów.
musimy zapewnić sobie wystarczającą ilość energii w
wolnej od CO2
Deuter występuje w morskiej wodzie, tryt może być otrzymywany z litu (łatwo dostępnego 10,6 %
przyszłości. Taka komora wraz z uzwojeniami magnetycznymi jest nazywana tokamakiem. 0,416 %
biomasa,
geotermiczne
metalu). Lit wykorzystywany jest na co dzień w bateriach litowych, zasilających laptopy i
odpady
telefony komórkowe. Jeden litr wody zawiera 33 mg deuteru. Można z tej ilości wyproduko-
wać taką samą ilość energii jak z 360 litrów benzyny (jeśli poddać go syntezie z 50 mg trytu). Za 100 lat cała produkcja energii
Zużywamy Musimy chronić Złoża ropy naftowej,
21,2 %
3000 kg
musi być wolna od CO2. Nie ma
Na świecie wystarczy paliwa do produkcji energii z syntezy termojądrowej na miliony lat.
gaz
*
1650 kg ropy naftowej/rok
złotego środka. Trzeba stosować
coraz więcej nasze środowisko węgla i gazu
0,051 %
ropy naftowej/rok na osobę w tym celu różne sposoby.
1 litr wody morskiej 5 gram rudy litu 1 baryłka = 159 litrów
wiatr
Musimy wykorzystywać wszelkie
na osobę 9 miliardów
energii wyczerpujÄ… siÄ™
możliwe z
ródła energii: Słońce,
6 miliardów ludzi
wiatr, energiÄ™ wody, biomasÄ™,
Obecnie żyje na Ziemi ludzi Niemal 80% wykorzystywanej przez nas Ropa, gaz i węgiel są pozostałościami po
24,5 %
energiÄ™ geotermicznÄ…, energiÄ™
6 miliardów ludzi. Za 50 lat energii produkuje się w wyniku spalania prehistorycznych roślinach i zwierzętach, węgiel
jÄ…drowÄ…, paliwa kopalne z
będzie nas 9 miliardów. węgla, ropy naftowej i gazu (paliwa które żyły na Ziemi mniej więcej 300 do 400
wychwytem CO2 oraz energiÄ™
Te dodatkowe 3 miliardy ludzi kopalne). Towarzyszy temu uwalnianie milionów lat temu. Zużywamy paliwa
termojÄ…drowÄ…. To jedyna droga
będzie również potrzebowało gazu cieplarnianego, CO2. Gazy cieplar- kopalne o wiele szybciej niż one powstawały.
0,039 %
zapewnienia wystarczajÄ…cej
100 %
energii. niane zmieniają nasz klimat, co obser- Jeśli, w takim tempie będziemy nadal wyko-
Słońce
34,5 % ilości energii dostępnej dla
Co więcej, takie kraje jak Chiny wuje się w postaci gwałtowniej przebie- rzystywali ropę naftową, gaz i węgiel, to
0,0005 % *ropa naftowa
każdego.
czy Indie szybko się rozwijają. gających zjawisk pogodowych, takich grożą nam poważne ograniczenia już w tym
przypływy
W rezultacie, w 2050 roku cała jak sztormy, huragany czy susze. Jeżeli stuleciu. Ropa naftowa bardzo zdrożeje, a my
i odpływy
populacja będzie zużywała temperatura na Ziemi wzrośnie zbyt staniemy się coraz bardziej uzależnieni od 80 %
paliwa kopalne
dwukrotnie więcej energii niż szybko, życie roślin i zwierząt będzie importu energii z innych krajów.
2002 2050
dzisiaj. zagrożone. Jeśli nie chcemy, by to nastą-
główne z
ródła energii w 2003 roku według
*
33 mg deuteru 50 mg trytu 360 litrów benzyny IEA Energy Statistic
piło, musimy zatrzymać emisję CO2.
ogólne zużycie energii wyrażone w równoważnych kilogramach ropy naftowej
*
This poster was developed by Verdult - Kennis in Beeld (www.kennisinbeeld.nl) and was This publication, made possible by the financial support of the European Commission, was produced within the framework of the European Fusion Development Agreement (EFDA). The EFDA-partners are the European Com- Nothing in this publication may be reproduced and/or made public by means of printing, offset, photocopy or microfilm or in any digital,
commissioned by the FOM-Institute for Plasma Physics Rijnhuizen (www.fusie-energie.nl, mission and the parties associated with the European fusion program. Neither the Commission, nor the associated parties or anyone representing them, can be held responsible for damage that results from the information in this electronic, optical or any other form without the prior written permission of FOM-Rijnhuizen and Verdult  Kennis in beeld.
www.rijnh.nl) and EFDA (www.efda.org). See also www.iter.org. publication. The opinions expressed are not necessarily those of the European Commission. Verdult - New Media Design. Copyright © 2005 FOM-Rijnhuizen/Verdult - Kennis in Beeld, the Netherlands. All rights reserved.
1
2
3
4