Jak fungují fúzní reaktory? 5 faktů, které byste měli vědět!

Hlavním účelem jaderné fúzní reaktory je vyrábět elektřinu tepelnou energií uvolněnou při slučování dvou světelných jader. Pojďme studovat fungování fúzních reaktorů.

  • Reaktor pro jadernou fúzi obecně používá jako palivo izotop vodíku podobného deuteria nebo tritia.
  • Zpočátku se fúzní palivo zahřeje až na 100 milionů stupňů Celsia ve vysoce vakuové komoře, která se změní na plazmu.
  • Projekt fúzní reakce vyžaduje vysokou teplotu a tlak, zajištěné velmi silným magnetickým polem nebo vysokou vakuovou pumpou.
  • Pod vlivem takového tlaku a teploty je plazma uzavřena v komoře a fúzována s cílovým protonem za vzniku těžšího jádra.
  • Energie se uvolňuje během procesu fúze, poté se shromažďuje a přeměňuje na jinou užitečnou formu energie.

Deuterium je přítomno ve vodě, takže jsou široce používány jako fúzní palivo. Tritium se přirozeně nevyskytuje; tedy lithium se používá spolu s deuteriem jako palivo pro jadernou fúzi. V tomto příspěvku proberme zajímavá fakta týkající se fungování a výroby energie z jaderných fúzních reaktorů.

Jak fúzní reaktory vyrábějí elektřinu?

Výroba elektřiny z jaderného fúzního reaktoru následuje princip úspory energie. Zaměřme se na proces výroby elektřiny fúzními reaktory.

Fúzní reaktory vyrábějí elektřinu dvěma způsoby:

  • Prostřednictvím parních turbín – u této metody se teplo uvolněné při fúzi shromažďuje a přeměňuje na páru pomocí vody jako chladiva. Prochází velkou turbínou a nutí je rotovat, což pohání výrobu elektřiny.
  • Přímá konverze – rychle se pohybující jádra fúze nesou elektrický náboj. Tyto náboje lze pomocí tepelného motoru přeměnit na elektřinu.

Účinnost fúzního reaktoru

Účinnost odpovídá poměru vstupní a výstupní energie, která je přeměněna na užitečnou práci. Pojďme zkontrolovat účinnost jaderného fúzního reaktoru.

Fúzní reaktor produkuje obrovské množství tepla; jeho tepelná účinnost je tedy 70 % a účinnost jaderného fúzního reaktoru pro výrobu elektřiny je 40 %. Gram fúzního paliva může produkovat energii stejnou jako 10 kg fosilního paliva, takže je efektivnější z hlediska výroby energie.

Jsou jaderné fúzní reaktory bezpečné?

Jaderná fúze zahrnuje prvek, jehož atomové číslo je menší než 56. Nyní se podíváme na to, zda je fúzní reaktor bezpečný.

Reaktor pro jadernou fúzi je bezpečný pro využití energie, protože jde o samoomezující proces, tj. pokud nemůžete řídit reakci, reaktor se sám vypne. Výbuch fúzního reaktoru je velmi vzácný, protože neprochází řetězovou reakcí. Radioaktivní odpad je ve fúzním reaktoru minimální, takže jeho použití je bezpečné.

Jaderná fúze neuvolňuje žádné těžké radioaktivní prvky ani toxické plyny, jako je oxid uhličitý, ani žádný skleníkový plyn, takže je bezpečná pro životní prostředí. Reaktory pro jadernou fúzi nejsou vždy bezpečné, protože někdy podléhají radioaktivitě indukované neutrony a vytvářejí neutrony s vysokou energií, které nejsou tak bezpečné.

Fúzní reaktor 1
Obrázek: Schéma jaderného fúzního reaktoru by Evan Mason, (CC BY-SA 3.0)

Kolik je tam fúzních reaktorů?

Postavit fúzní elektrárnu je obtížné, protože dosažení nezbytných podmínek, jako je vysoká teplota a tlak, je obtížné. Dejte nám vědět počet existujících fúzních reaktorů.

K výrobě energie lze použít pouze dva reaktory pro jadernou fúzi. Oni jsou

  • Magnetické reaktory
  • Inerciální uzavřené reaktory

Magnetické reaktory

Magnetické reaktory využívají magnetické pole k omezení deuteriového nebo tritiového plazmatu. Využívají elektrickou vodivost plazmatu k interakci s magnetickým polem k vyrovnání vysokého tlaku plazmatu; tak se horké plazma stále dotýká stěn omezující komory pomocí magnetického pole.

Inerciální uzavřené reaktory

Inerciální reaktory využívají fúzní palivo ve formě malých pelet, které je stlačeno na extrémně vysokou hustotu energie a zahříváno na vysokou teplotu. Inerciální zadržení trvá velmi krátkou dobu a vysokoenergetický paprsek protonů, elektronů nebo iontů provede kompresi.

Jak se fúzní reaktory neroztaví?

Výhodou jaderného reaktoru je, že ani při extrémně vysokých teplotách nehrozí roztavení. Pojďme najít důvod, proč nedošlo k roztavení jaderného fúzního reaktoru.

Jaderný fúzní reaktor se neroztaví ani při milionových stupních teploty kvůli magnetickému poli aplikovanému k omezení plazmatu. Magnetické pole obklopuje plazmu jako štít a poskytuje tak dokonalou tepelnou izolaci, aby odolala extrémním teplotám. Vnější jádro reaktoru se tak neroztaví.

Pokud se v reaktoru pro jadernou fúzi něco pokazí, jako je například zhroucení magnetického pole, plazma se během sekundy ochladí, takže nehrozí riziko roztavení. Je to jedna z velkých výhod jaderných fúzních reaktorů.

Jak se ohřívají fúzní reaktory?

K dosažení jaderné fúze je základním kritériem vysoká teplota. Dejte nám vědět, jak se fúzní reaktor zahřívá, aby se dosáhlo požadované teploty.

Jaderný reaktor je zpočátku ohříván prostřednictvím vnějšího elektrického proudu, který prochází do jádra paliva, aby je urychlil. Když se začnou zrychlovat, jádra získají kinetickou energii a podstoupí srážku sama se sebou. Srážka mezi těmito jádry způsobí zahřátí jaderného fúzního reaktoru.

Teplo generované při každé srážce se zvyšuje až na požadovanou teplotu, což způsobí odstranění elektronu z neutrálního vodíku a následného vstříknutí cílového jádra do plazmového paliva. To má za následek sloučení dvou lehčích jader za vzniku jediného těžkého jádra.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Zakončeme tento příspěvek konstatováním, že jaderný fúzní reaktor je nejbezpečnějším generátorem energie, ale je těžké ho postavit. Výroba energie z fúzního reaktoru následuje Einsteinovu přeměnu hmoty na energii E=mc2. Na světě je postaveno pouze 20 jaderných fúzních reaktorů.

Také čtení: