Głównym celem reaktory termojądrowe polega na wytwarzaniu energii elektrycznej z energii cieplnej uwalnianej podczas łączenia dwóch lekkich jąder. Przyjrzyjmy się działaniu reaktorów termojądrowych.
- Reaktor syntezy jądrowej na ogół wykorzystuje jako paliwo izotop wodoru lub deuteru lub trytu.
- Początkowo paliwo fuzyjne jest podgrzewane do 100 milionów stopni Celsjusza w komorze wysokiej próżni, która zamienia się w plazmę.
- Połączenia reakcja fuzji wymaga wysokiej temperatury i ciśnienia, zapewnianych przez bardzo silne pole magnetyczne lub pompę wysokiej próżni.
- Pod wpływem takiego ciśnienia i temperatury plazma jest zamykana w komorze i ulega fuzji z docelowym protonem, tworząc cięższe jądro.
- Energia jest uwalniana podczas procesu syntezy, a następnie gromadzona i przekształcana w inną użyteczną formę energii.
Deuter jest obecny w wodzie, dlatego są szeroko stosowane jako paliwo termojądrowe. Tryt nie występuje naturalnie; w związku z tym lit jest używany wraz z deuterem jako paliwo do syntezy jądrowej. W tym poście omówimy interesujące fakty dotyczące działania i wytwarzania energii z reaktorów termojądrowych.
Jak reaktory termojądrowe wytwarzają energię elektryczną?
Wytwarzanie energii elektrycznej z reaktora syntezy jądrowej następuje po zasada zachowania energii. Skupmy się na procesie wytwarzania energii elektrycznej przez reaktory termojądrowe.
Reaktory termojądrowe wytwarzają energię elektryczną na dwa sposoby:
- Poprzez turbiny parowe – w tej metodzie ciepło uwalniane podczas syntezy jest gromadzone i przekształcane w parę przy użyciu wody jako chłodziwa. Przechodzi przez dużą turbinę i wprawia ją w ruch obrotowy, co napędza wytwarzanie energii elektrycznej.
- Konwersja bezpośrednia – szybko poruszające się jądra syntezy jądrowej przenoszą ładunki elektryczne. Ładunki te można przekształcić w energię elektryczną za pomocą silnika cieplnego.
Sprawność reaktora termojądrowego
Sprawność odpowiada stosunkowi energii wejściowej do wyjściowej, która jest przekształcana w użyteczną pracę. Sprawdźmy wydajność reaktora termojądrowego.
Reaktor termojądrowy wytwarza ogromną ilość ciepła; zatem jego sprawność cieplna wynosi 70%, a wydajność reaktora termojądrowego do wytwarzania energii elektrycznej wynosi 40%. Gram paliwa fuzyjnego może wytworzyć taką samą energię, jak 10 kg paliw kopalnych, więc jest bardziej wydajny pod względem wytwarzania energii.
Czy reaktory termojądrowe są bezpieczne?
Fuzja jądrowa obejmuje pierwiastek, którego liczba atomowa jest mniejsza niż 56. Teraz przyjrzymy się, czy reaktor termojądrowy jest bezpieczny.
Wykorzystanie energii w reaktorze termojądrowym jest bezpieczne, ponieważ jest procesem samoograniczającym się, tzn. jeśli nie można kontrolować reakcji, reaktor sam się wyłącza. Eksplozja reaktora termojądrowego jest bardzo rzadka, ponieważ nie zachodzi w nim reakcja łańcuchowa. Odpady radioaktywne w reaktorze termojądrowym są minimalne, więc jest bezpieczny w użyciu.
Fuzja jądrowa nie uwalnia żadnych ciężkich pierwiastków radioaktywnych ani toksycznych gazów, takich jak dwutlenek węgla, ani żadnych gazów cieplarnianych, więc jest bezpieczna dla środowiska. Reaktory termojądrowe nie zawsze są bezpieczne, ponieważ czasami podlegają radioaktywności indukowanej neutronami, generując neutrony o wysokiej energii, które nie są tak bezpieczne.
Ile jest reaktorów termojądrowych?
Budowa elektrowni termojądrowej jest trudna, ponieważ osiągnięcie niezbędnych warunków, takich jak wysoka temperatura i ciśnienie, jest trudne. Daj nam znać numer reaktora termojądrowego, który istnieje.
Tylko dwa reaktory termojądrowe mogą być wykorzystywane do wytwarzania energii. Oni są
- Magnetyczne reaktory ograniczające
- Inercyjne reaktory ograniczające
Magnetyczne reaktory ograniczające
Magnetyczne reaktory ograniczające wykorzystują pole magnetyczne do uwięzienia plazmy deuteru lub trytu. Wykorzystują przewodnictwo elektryczne plazmy do interakcji z polem magnetycznym w celu zrównoważenia wysokiego ciśnienia plazmy; w ten sposób gorąca plazma styka się ze ścianami komory ograniczającej za pomocą pola magnetycznego.
Inercyjne reaktory ograniczające
Reaktory inercyjne wykorzystują paliwo termojądrowe w postaci małych granulek, które są sprężane do bardzo dużej gęstości energii i podgrzewane w wysokiej temperaturze. Uwięzienie bezwładnościowe trwa bardzo krótko, a wysokoenergetyczna wiązka protonów, elektronów lub jonów powoduje kompresję.
Jak reaktory termojądrowe się nie topią?
Zaletą reaktora jądrowego jest to, że nawet w ekstremalnie wysokich temperaturach nie ma ryzyka stopienia. Znajdźmy przyczynę braku stopienia reaktora termojądrowego.
Reaktor termojądrowy nie topi się nawet w temperaturze miliona stopni z powodu pola magnetycznego zastosowanego do ograniczenia plazmy. Pole magnetyczne otacza plazmę jako ekran, zapewniając w ten sposób doskonałą izolację cieplną, aby wytrzymać ekstremalne temperatury. Dzięki temu zewnętrzny rdzeń reaktora nie topi się.
W reaktorze termojądrowym, jeśli coś pójdzie nie tak, na przykład załamanie pola magnetycznego, plazma ochładza się w ciągu sekundy, dzięki czemu nie ma ryzyka stopienia. Jest to jedna z wielkich zalet reaktorów termojądrowych.
Jak ogrzewa się reaktory termojądrowe?
Aby osiągnąć syntezę jądrową, podstawowym kryterium jest wysoka temperatura. Daj nam znać, jak nagrzewa się reaktor termojądrowy, aby osiągnąć wymaganą temperaturę.
Reaktor jądrowy jest początkowo podgrzewany przez zewnętrzny prąd elektryczny, który jest przekazywany do jądra paliwa w celu ich przyspieszenia. Kiedy zaczynają przyspieszać, jądra nabierają energii kinetycznej i zderzają się ze sobą. Zderzenie tych jąder powoduje nagrzewanie się reaktora termojądrowego.
Ciepło generowane w wyniku każdego zderzenia wzrasta do wymaganej temperatury, powodując usunięcie elektronu z obojętnego wodoru, a następnie docelowego jądra wstrzykniętego do paliwa plazmowego. Powoduje to połączenie dwóch lżejszych jąder w jedno ciężkie jądro.
Wnioski
Zakończmy ten wpis stwierdzeniem, że reaktor termojądrowy jest najbezpieczniejszym generatorem energii, ale trudnym do zbudowania. Produkcja energii w reaktorze termojądrowym odbywa się zgodnie z einsteinowską konwersją masy na energię E=mc2. Na całym świecie zbudowano tylko 20 reaktorów termojądrowych.
Przeczytaj także:
Nazywam się Keerthi K Murthy, ukończyłem studia podyplomowe z fizyki ze specjalizacją w dziedzinie fizyki ciała stałego. Zawsze uważałem fizykę za przedmiot podstawowy, który jest powiązany z naszym codziennym życiem. Jako student przedmiotów ścisłych lubię odkrywać nowe rzeczy w fizyce. Jako pisarz moim celem jest dotarcie do czytelników w uproszczony sposób poprzez moje artykuły.