Fusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde

Relaterede dokumenter
Plasmafysik og Fusionsenergi

Europaudvalget konkurrenceevne Bilag 6 Offentligt

ITER. Tættere på fremtidens tokamak. 1 Forsidebilledet viser ITER- tokamakken som man har planlagt den.

Fusionsenergi. Gruppe 9: Frederik Mahler, Houssein Elsalhi, Michelle Sørensen, Patrick Hyldgaard, Phillip Thorsted og Rebekka Denker

Plasmafysik og fusionsenergi

7 Fusionsforskningen fremover

Plasmafysik og fusionsenergi

FUSIONSENERGI. Fremtidens dominerende energikilde? Vagn O. Jensen

Er superledning fremtiden for fusion?

Atomkraft og atombomber

Hvordan blev Universet og solsystemet skabt? STEEN HANNESTAD INSTITUT FOR FYSIK OG ASTRONOMI

Figure 1. Energiforbrug fra år

Fukushima Daiichi Nuclear Accident. Bent Lauritzen Programmet for Strålingsfysik

FAKTAARK Ordforklaring. Biomasse hvad er det?

Undervisningsbeskrivelse

En mulig fremtidig energikilde for Europa

Kernefysik og dannelse af grundstoffer. Fysik A - Note. Kerneprocesser. Gunnar Gunnarsson, april 2012 Side 1 af 14

FUSIONSENERGI. Fremtidens dominerende energikilde? Vagn O. Jensen

Partikelacceleratorer: egenskaber og funktion

5 Plasmaopvarmning. Figur 5.1. De tre mest anvendte metoder til opvarmning af fusionsplasmaer.

ld409424_da 29/01/07 12:43 Page 1 FUSIONSFORSKNING En mulig fremtidig energikilde for Europa GENERAL INFORMATION EURATOM

Jorden og solen giver energi Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:

Partikelbevægelser i magnetfelter

Det anbefales ikke at stå for tæt på din færdige stjerne, da denne kan være meget varm.

4 Plasmafysik, magnetisk indeslutning

Velkommen til Nykøbing Sjællands varmeværk

Bitten Gullberg. Solen. Niels Bohr Institutet

Fremtidens Energiforsyning

Solens dannelse. Dannelse af stjerner og planetsystemer

PLADS TIL GAS. Gas mere grøn end træ

Teoretiske Øvelser Mandag den 28. september 2009

SECHURBA spørgeskema Figur 1 Kort over det udvalgte område. Den lilla streg angiver det

FREMTIDENS ENERGI Lærervejledning til modul 4. Goddag til fremtiden

Varmepumpefabrikantforeningen

Undervisningsplan for fysik/kemi, 9.A 2015/16

Fremtidens energi Undervisningsmodul 4. Goddag til fremtiden

Læringsmål i fysik - 9. Klasse

Tokamakken. En rapport om fusionsforskning til brug i fysikundervisningen i gymnasiet og HF

Grøn energi - biogas. Teknologi, Fysik og biologi. Grøn energiproduktion - biogas. Svendborg Htx og Haarhs skole. Grundforløbet, uge

Big Bang og universets skabelse (af Jeanette Hansen, Toftlund Skole)

Solenergi i dansk energiforsyning, EUDPs rolle og grøn eksport

Opgavesæt om Gudenaacentralen

Folkeskolens afgangsprøve Maj-juni 2006 Fysik / kemi - Facitliste

Koncernomsætning. Fordelt på divisioner. mio. DKK

Biogas. Biogasforsøg. Page 1/12

Energforsyning koncepter & definitioner

Statusnotat om. vedvarende energi. i Danmark

Opgave 2a.01 Cellers opbygning. Spørgsmålene her kan besvares ved at læse teksten Cellen livets byggesten

Begge bølgetyper er transport af energi.

VARME- KILDER Undervisningsmodul 1. Hvordan får vi varme i Gentofte Kommune?

HyBalance. Fra vindmøllestrøm til grøn brint. Gastekniske Dage 2016 Marie-Louise Arnfast / 4. maj 2016

Fysik A. Studentereksamen

Fusionsenergi? NBI Gymnasie-temadag, Jacob Trier Frederiksen Niels Bohr International Academy

Fysik A. Studentereksamen

Energiens veje Ny Prisma Fysik og kemi + Skole: Navn: Klasse:

Lysets kilde Ny Prisma Fysik og kemi 9 - kapitel 8 Skole: Navn: Klasse:

Vedvarende energi udgør 18 % af det danske energiforbrug. Fossile brændsler udgør stadig langt den største del af energiforbruget

Syrer, baser og salte:

Atomets bestanddele. Indledning. Atomer. Atomets bestanddele

Forgasning af biomasse

Uran i Universet og i Jorden

Har du 5 min til at se: OMSTILLINGER! Slideshow fra REO, september 2014

Fysik A. Studentereksamen Sygeterminsprøve i Fysik A. Sorø Akakademis Skole. Fredag den 19. maj 2017 kl stx171-FYS/A

Undervisningsbeskrivelse

Elspare-stafetten undervisningsbog 2013 Energistyrelsen

6 Plasmadiagnostik 6.1 Tætheds- og temperaturmålinger ved Thomsonspredning

Til at beregne varmelegemets resistans. Kan ohms lov bruges. Hvor R er modstanden/resistansen, U er spændingsfaldet og I er strømstyrken.

Fysik/kemi 9. klasse årsplan 2018/2019

Naturkræfter Man skelner traditionelt set mellem fire forskellige naturkræfter: 1) Tyngdekraften Den svageste af de fire naturkræfter.

Maj Danske personbilers energiforbrug

Liv i Universet. Anja C. Andersen, Nordisk Institut for Teoretisk Fysik (NORDITA)

DANMARK I FRONT PÅ ENERGIOMRÅDET

Færdigheds- og vidensområder. Eleven kan anvende og vurdere modeller i fysik/kemi. Eleven kan anvende og vurdere modeller i fysik/kemi

gul energi Forskerne gemmer sol til natten ved hjælp af katten.

Tal om gartneriet 2012

Danskernes mening om vindmøller

QUIZSPØRGSMÅLENE skal besvares via app en. Nogle er fx multiple choice og andre ja/nej. OPGAVERNE skal beregnes, og svaret skal tastes i app en.

Protoner med magnetfelter i alle mulige retninger.

SDU og DR. Sådan virker en atombombe... men hvorfor er den så kraftig? + + Atom-model: - -

CO 2 -opgørelse, Genanvendelse af papir, pap og plast fra genbrugspladser og virksomheder

Stofegenskaber. Tryk og opdrift Elektricitet. Start på kemi

En lille verden Ny Prisma Fysik og kemi 8. Skole: Navn: Klasse:

Resultater fra scenariearbejde på 5.styregruppemøde

Undervisningsbeskrivelse

Kære selvstuderende i: Fysik A. Herunder ser du det materiale, der udgør dit eksaminationsgrundlag.

ILLUSTRERET VIDENSKAB

EUROPA-PARLAMENTET. Mødedokument FORSLAG TIL BESLUTNING. på baggrund af Rådets og Kommissionens redegørelser

Stjernernes død De lette

Odder Kommune Dok Plan /CT Sag Vindmølleplanlægning. Debatoplæg. August side 1

HVAD ER RADIOAKTIV STRÅLING

HyBalance. Fra vindmøllestrøm til grøn brint. House of Energy: Overskydende el-produktion Lars Udby / 14. april 2016

Det bliver din generations ansvar!

Solen - Vores Stjerne

Grønt Regnskab og Klimakommuneopgørelse

Kernereaktioner. 1 Energi og masse

UNDERVISNINGSPLAN FOR FYSIK/KEMI 2014

MODUL 1-2: ELEKTROMAGNETISK STRÅLING

9.kl anvende fysiske eller kemiske begreber til at beskrive og forklare fænomener, herunder lyd, lys og farver

Fysikforløb nr. 6. Atomfysik

Fysik A. Studentereksamen. Onsdag den 25. maj 2016 kl

Transkript:

Fusionsenergi Efterligning af stjernernes energikilde Jesper Rasmussen DTU Fysik Med tak til Søren Korsholm, DTU Fysi UNF Fysik Camp 2015

Overblik Hvad er fusion? Hvilke fordele har det? Hvordan kan det gøres i praksis og hvorfor har vi det ikke allerede? Hvad er fremtidsplanerne?

Menneskehedens energiforbrug [Mia. tons olie] 20 17,5 15 12,5 10 7,5 Tilbageværende reserver: Kul 270 år Råolie 40 50 år Naturgas 60 70 år Uran 40 50 år (i nuværende reaktortyper) 2400 3000 år (i formeringsreaktorer) http://www.worldenergy.org/wec-geis Det 21. århundredes udfordring!

Vores fremtidige energiforsyning Behov for flerstrenget, fleksibel energiforsyning, der er bæredygtig og CO2-neutral solenergi vindenergi vandkraft biomasse fission/a-kraft fusion

Solens energi kommer fra fusion af brint-kerner 4H + 2e He + 6γ + 2ν (+ 26 MeV) Fusion på solen Solen producerer hele tiden energi med en total effekt på 3.6 10 17 GW! I Solen bliver 600 mio. tons hydrogen konverteret til 596 mio. tons helium pr. sek. Altså omdannes hvert sekund 4.000.000 tons af solens masse til energi.

Fusion er en universel energikilde...... som vi gerne vil udnytte direkte på jorden

Fusion på Jorden Den fusionsproces der forløber lettest (= har størst tværsnit) : D + T He 4 + n + 17,6 MeV Temperatur [10 mio C]

Bindingsenergi D n T He E = m c 2 E b = m c 2

Fissions- og fusionskerneprocesser Masse per nukleon Energi frigivet ved fusion Energi frigivet ved fission D n 56 Fe A n T Fusion He n Fission U

Produktion af tritium Tritium er radioaktivt med henfaldstid på 12,6 år Produceres på fusionskraftværket fra 6 Li og 7 Li: Deuterium + Tritium Neutron + Helium Litium + Neutron Tritium + Helium

Princip for et fusionskraftværk Enheder på 1,5-3 GW elektrisk

Energi fra fusion Livslang energiforsyning til en dansker: 10 g deuterium (udvundet af 500 L vand) 15 g tritium (udvundet af 35 g litium) Et 1 GW e kraftværk skal årligt have tilført: 2.700.000 tons kul 1.900.000 tons olie 0,5 ton D+T (100 kg D + 350 kg Li) DK s energiforbrug kan dækkes af 20 fusionskraftværker og brændslet til et helt år kan transporteres på en lastbil. Med det nuværende energiforbrug rækker fusionsenergien til mere end 10.000.000.000 år

Fusion og miljø Ingen emission af CO 2 eller andre skadelige stoffer Fission Radioaktivitet i selve reaktoren henfalder på ca. 50 år Fusion Kul Ingen langtidsdepoter Genanvendelse

Fusion og sikkerhed Ingen kædereaktioner Ingen risiko for nedsmeltning overophedning af brændstof reduceret fusionseffekt tab af kontrol øjeblikkelig afkøling af brændstof mod væg 2 g brændstof der tilføres hele tiden brændstof Ingen transport af radioaktivt brændsel eller affald Ingen produktion af langlivet radioaktivt affald

Hvorfor har vi så ikke fusionskraftværker nu?

Fusion på Jorden: Det virker og det sker hver dag men endnu kun i eksperimenter ASDEX Upgrade (Tyskland) JET (UK): 15 MW fusionseffekt

Nødvendig opvarmning af brændslet Elektrisk frastødning mellem D- og T-kernerne: Kraftig opvarmning af brændstoffet nødvendig T 200 mio. C PLASMA Potentiel energi Elektrostatiske kræfter, frastødende - Kernekræfter tiltrækkende +

Hvad er et plasma? - den fjerde tilstandsform Kold Fast (is) Lun Væske (vand) Varm Gas (damp) Meget varm Plasma Stigende temperatur Et plasma er ioniseret = elektrisk ledende

15 millioner C 5.400 C (på overfladen) 30.000 C

1.000 C

10.000 C

Interstellare rum 99 % af det synlige univers er på plasma-form!

Hvordan opbevarer man et plasma på 200.000.000 C?

Solen: Bruger sin tyngdekraft Tyngdekraften sammenpresser og opvarmer plasmaet Plasmaets strålingstryk balancerer tyngdekraften udad

Plasma i en beholder Det varme plasma kan ikke holdes i en beholder vi skal finde på noget andet!

Påvirkning af et magnetfelt? Plasmaets ladede partikler bliver påvirket af magnetfelter og elektriske felter: gyro-bevægelse F = q( qve + Bv B) Lorentz kraften elektron v B Magnetfeltlinje

Gyro-bevægelse F = qv B elektron Magnetfeltlinje ion

Plasma og magnetfelter Plasmaet består af en neutral blanding af ioner og elektroner, og det kan holdes indesluttet i et magnetfelt, da ioner og elektroner påvirkes af magnetfelter via: F= q( E+ v B) Magnetfeltlinjer Magnetfeltspoler Uden magnetfelt Ladede partikler i et magnetfelt Plasma Plasma i et magnetfelt

Magnetfeltlinjer Toroidalt magnetfelt

Toroidalt magnetfelt Magnetfeltlinjer

Grad B - drift elektron Magnetfeltlinjer Svagere felt Kraftigere felt ion Ladningsadskillelse

E B - drift Elektrisk felt Magnetfeltlinjer elektron ion Plasma er ikke indesluttet det driver udad

Et magnetfelt der holder! + Toroidalt magnetfelt Toroidal strøm poloidalt magnetfelt = Skrueformet totalt magnetfelt

Magnetspoler til toroidalfeltet Tokamakken Denne magnetfeltskonfiguration kaldes en tokamak (russisk for Toroidalt Kammer med Magnetisk Felt) udviklet i 1960 erne. Transformeren generer en toroidal strøm i plasmaet poloidalt magnetfelt. Primær vikling Plasma og også den sekundære vikling Magnetfeltlinje Transformer-jernkerne

Tokamakkens struktur

Fusionseffekt i en tokamak P ~ β 2 B 4 R β = Termisk tryk/magnetisk tryk begrænset af fysik B = Magnetfeltstyrke begrænset af teknologi R = Radius begrænset af økonomi

Hvordan varmer man et plasma op til 200.000.000 C?

Opvarmningsmetoder

Verdens største tokamak: JET (Joint European Torus) Bygget i 1983 ved Oxford, UK

JET torushallen - 1991

JET indvendig

Fusionsplasma i JET 200 mio. C

Opnåede fusionseffekter Q Fusionseffekt = Ekstern opvarmningseffekt D-T plasmaer: 16 MW fusionseffekt (rekord) Q~0.64

Det næste skridt: ITER Beslutning juni 2005: 7 parter: EU, Indien, Japan, Kina, Korea, Rusland og USA EU vært, placering i Frankrig EU leverer 45 % af ITER 50 MW ind, 500 MW ud (Q = 10) Byggeri ~100 mia. kr 10-12 år Klar i 2020

Plasmakammeret

Tranformer-kerne og elektromagneter

Flere magneter (til plasma-kontrol)

Porte til måleudstyr

Indkapsling

ITER i Cadarache

ITER platform

ITER-området nov. 2009

Juli 2015

Danske bidrag til ITER DK bidrager økonomisk via EU DTU Nutech DTU Fysik DTU Fysik (Lyngby) og DTU Nutech (Risø) designer udstyr til måling af α partikler fra fusionsprocesser (α)

Europæisk plan for fusionsenergi 2020 ITER starter op Demonstrere fusion som energikilde Teste fusionsteknologier i et integreret system 2028 ITER deuterium-tritium eksperimenter 2032 DEMO konstruktion starter Prototype på et fusionskraftværk 2041 DEMO starter op 2044 DEMO eksperimenter 2049 Elektricitet produceret ved fusion > 2050 Første kommercielle fusionskraftværk

Opsummering om fusionsenergi Fusion af brint til helium er solens energikilde Fusionsforskning mod en energikilde der er bæredygtig CO2 neutral Uudtømmelig (ekstremt effektiv) Planen er at udnytte fusionsenergi om 35 år

Kom og vær med! - der er stadig masser at tage fat på Plasmafysik Materialefysik Overfladefysik Måleudstyr Superledere Robotteknologi Kontrolsystemer og meget, meget mere. Dansk forskning i fusionsenergi og plasmafysik foregår på DTU