Fuzja jądrowa – energia przyszłości

Prezentacja na temat: "Fuzja jądrowa – energia przyszłości"— Zapis prezentacji:

1 Fuzja jądrowa – energia przyszłości
Nowe źródło energii taniej, bezpiecznej i przyjaznej środowisku naturalnemu Fuzja jądrowa – energia przyszłości Andrzej Gałkowski Asocjacja Euratom-IFPiLM Projekt ITER – możliwości dla biznesu Wrocław, 9 czerwca 2009

2 To tyle co cała moc we Francji (107 GW)
Chiny 2006: GW, 90% z węgla! To tyle co cała moc we Francji (107 GW)

3

4

5 Dlaczego słońce świeci?
Hans Bethe 1967: nagroda Nobla za prace poświęcone mechanizmom uwalniania energii w gwiazdach

6 Słońce Ziemia Jowisz Pluton

7

8

9 Fuzja na Ziemi Deuter – z wody morskiej (0.02% wodoru w wodzie to wodór ciężki, czyli deuter) Tryt – z litu (lekkiego metalu występującego w skorupie ziemskiej i w wodzie morskiej) Energia uwolniona – 26 MWh/g (dla 5000 gospodarstw domowych przez 1 dzień) Dla jednego człowieka na całe życie – bateria z telefonu komórkowego (lit) + wanna wody (deuter)

10 Energia jądrowa 1g D+T traci 4 miligramy materii. Ubytek masy zamienia się w energię Albert Einstein (1879 – 1955)

11

12 Plazma: gaz zjonizowany
Irving Langmuir – 1957 1928: wprowadził pojęcie plazmy do języka fizyki Empedokles, V w p.n.e. ziemia, woda, powietrze, ogień

13

14

15 Alchemia średniowieczna
lapis philosophorum (kamień filozoficzny) zamienia metale w kamienie szlachetne alkahest (uniwersalny rozpuszczalnik) w jakiej butelce trzymać alkahest?

16 Fizyka XX wieku fuzja jądrowa zamienia wodę w gaz szlachetny – hel
plazma rozpuszcza wszystko ten sam problem – jak utrzymać plazmę?

17 Utrzymanie plazmy

18 Warunek zapłonu Temperatura 20-200 mln stopni
Temperatura T Gęstość n Czas utrzymania τ Temperatura mln stopni i Duża gęstość, długi czas Słońce lub Duża gęstość, krótki czas Laser, bomba H Mała gęstość, długi czas Tokamak, stellarator

19 Kryterium Lawsona John D. Lawson (FRS) 1923 –2008

20 Początki fuzji Lyman Spitzer, Matterhorn, Alpy walijskie

21 Początki fuzji Projekt Matterhorn, 1951 Lyman Spitzer,

22 Stellaratory Stellarator A Spitzera

23 Stellarator A 1954 Lyman Spitzer 1993

24 Stellaratory Stellarator Wendelstein 7-X Greifswald, Niemcy

25

26 Układy toroidalne Tokamak – silne pole toroidalne (kilka tesli)
Stellarator – nie ma prądu elektrycznego

27 Tokamak Toroidalna komora + cewki magnetyczne = tokamak
(Toroidalnaja KAmiera, MAgnitnyje Katuszki)

28 Krótka historia tokamaków
1950 – Ławrentiew, Sacharow,Tamm: koncepcja tokamaka Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

29 Krótka historia tokamaków
1968 – Nowosybirsk: świat dowiaduje się o tokamakach (Arcymowicz, Robinson) T3 Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny). Lew Arcymowicz ( )

30 Krótka historia tokamaków
1973 – decyzja o budowie JETa 1983 – JET zaczyna działać pod auspicjami EURATOMu … (ciąg dalszy nastąpi) Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

31 Centrum badań w Culham, Anglia

32

33

34

35 Jak nagrzać plazmę do 150 mln stopni?
(i jak zmierzyć temperaturę?)

36

37 Fuzja jądrowa w JET 1991 FTE1 (First Tritium Experiment)
• Po raz pierwszy na świecie kontrolowana fuzja w mieszaninie deuteru i trytu (ok. 2MW przez jedną sekundę) • Zastosowano “słabe” paliwo, 90% deuteru i 10% trytu 1997 DTE1 (Deuterium-Tritium Experiment) • Mieszanka 50:50 deuteru i trytu • Trzy rekordowe wyniki: – Moc fuzji 16MW – Energia uwolniona 22MJ – Stosunek energii fuzji do energii włożonej = 0.75 2004 TTE (Tritium Trace Experiment) • Śladowy dodatek trytu (< 1-2%)

38 Fuzja jądrowa w JET 1997 DTE1 (Deuterium-Tritium Experiment)
• Mieszanka 50:50 deuteru i trytu • Trzy rekordowe wyniki: – Moc fuzji 16MW – Energia uwolniona 22MJ – Stosunek energii fuzji do energii włożonej = 0.65

39 16 MW, JET, listopad 1997

40

41 Potrzebny jest wzrost o czynnik 6. To wymaga większego urządzenia.

42 ITER (krótka historia)
… (ciąg dalszy historii) 1986 – ITER: inicjatywa Gorbaczowa i Reagana Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

43 ITER (krótka historia)
Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

44 ITER (krótka historia)
1988 – rusza projekt ITER 2001 – gotowy projekt inżynierski ITERa 2005 – ITER w Cadarache 2006 – Porozumienie ITER (Paryż, 21 listopada) Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

45 Paryż, Pałac Elizejski 21 listopada 2006
The signatories of the ITER Agreement, together with French President Jacques Chirac. From left to right: Vladimir Travin (Deputy head of the Federal Atomic Energy Agency (Rosatom), Russian Federation), Takeshi Iwaya (Vice-Minister for Foreign Affairs, Japan), Xu Guanhua (Minister of Science and Technology, People's Republic of China), José Manuel Barroso (President of the European Commission), Jacques Chirac (President of the French Republic), Woo Sik Kim (Vice Prime-Minister, Ministry of Science and Technology, Korea), Anil Kakodhar (Secretary to the Government of India, Department of Atomic Energy), Raymond Orbach (Under Secretary for Science, U.S. Department of Energy), and Janez Potočnik (European Commissioner for Science and Research). Click on the picture for a higher-resolution photo. The picture can be used for any purpose, with credit "ITER". Ceremonia podpisania porozumienia ITER (Rosja, Japonia, Chiny, UE, Chirac, Korea, Indie, USA, Potocnik)

46 JET/ITER (krótka historia)
2008 – rusza budowa ITERa Synteza termojądrowa 1950, czerwiec/lipiec - Oleg Ławrientiew, marynarz odbywający służbę na Dalekim Wschodzie zaproponował w liście do władz radzieckich zastosowanie kontrolowanych reakcji termojądrowych do wytwarzania energii. Pomysł oceniał A. Sacharow (negatywnie), ale sam zaczął pracować nad zastosowaniem statycznego pola magnetycznego do utrzymania plazmy deuteru. Wspólnie z Tammem rozwijali projekt MRT (magnetyczny reaktor termojądrowy). 1951, styczeń - Kurczatow organizuje dyskusję z udziałem Charitona, Zeldowicza, Tamma, Sacharowa, Gołowina, Arcymowicza i Mieszczeriakowa. Projekt uchwały rządowej przesyłają Berii i Stalinowi do podpisu. 1951, kwiecień - Juan Peron ogłasza, że austriackiemu uczonemu pracującemu w Argentynie, Ronaldowi Richterowi, udało się osiągnąć w laboratorium kontrolowaną syntezę termojadrową. Richter pracował w czasie wojny w laboratorium Manfreda von Ardenne. Oświadczenie Perona było bezpodstawne. Beria zwołuje posiedzenie Specjalnego Komitetu Atomowego. Referowali Tamm i Sacharow. Kurczatow zaproponował, aby pracami teoretycznymi kierował Michail Leontowicz, a eksperymentalnymi - Arcymowicz. Prosił o zgodę na powołanie rady ds. MRT (przew. Kurczatow, zastępca - Sacharow). 5 maja Stalin podpisał odpowiednią uchwałę. Kurczatow postanawia odtajnić program syntezy termojądrowej. Mówi o tym na XX Zjeździe KPZR (luty 1956 r.) 1956, kwiecień - wizyta Chruszczowa i Bułganina w Wlk. Brytanii. Towarzyszą im Kurczatow i Tupolew. 20 kwietnia Kurczatow na lunchu z Cockroftem proponuje wygłoszenie wykładu w Harwell. 25 kwietnia - wykład Kurczatowa w Harwell nt. syntezy termojądrowej (Cockroft nieobecny).

47

48

49 ITER B.A. JT60-SA IFERC IFMIF-EVEDA

50 ITER – założenia ITER powinien generować 0.5 –1.5GW mocy z fuzji w impulsach o długości 1000 sek. Do tego potrzebne są cewki nadprzewodnikowe. Cały system pola magnetycznego umieszczony będzie w kriostacie zapewniającym temperaturę ciekłego helu. ITER będzie miał testowy płaszcz. Zakłada się, że partnerzy będą dostarczać komponenty i usługi dla ITERa głównie w naturze (in-kind), czyli z funduszy własnych partnerów. W tej postaci dostarczonych zostanie 80% komponentów i usług. Pozostała część (20%) pochodzić będzie z zamówień opłacanych ze wspólnego funduszu (cash funded common part). Fundusz wspólny powstanie z wkładów partnerów, prawdopodobnie proporcjonalnych do ich całkowitego udziału w projekcie (50% partner, na terenie którego stanie ITER, pozostali partnerzy po 10%). W sumie zamówienia zostaną ujęte w 85 pakietach na ogólną kwotę 4 miliardy Euro. Udział UE (przy założeniu, że ITER będzie w Cadarache) to 220 kontraktów, z czego 130 dotyczyć będzie dostaw komponentów, a 90 – usług. Wartość kontraktów na dostawę komponentów będzie rzędu 12 MEuro (od 2 do 60 MEuro). Wartość kontraktów na dostawę usług – średnio 12 MEuro. Główne zamówienia (pochłaniające największe środki finansowe) będą dotyczyć: Magnesów nadprzewodzących (NbTi, Nb3Sn, HTS ) 29% Budynków % Blanketu i diwertora % Pozostałe komponenty ITERa to: Vacuum Vessel High Vacuum and Cryogenics High heat flux components Plasma heating and current drive (Associations with support from industry) Fuel technology Remote handling Materials (law activation and resistant) Diagnostics (Associations + SME’s)

51 Problemy, które ITER rozwiąże
Plazma gorejąca (scenariusze zaawansowane) Niestabilności generowane nadtermicznymi cząstkami α Usuwanie popiołu helowego Nagrzewanie plazmy (systemy NBI i RFH) Magnesy nadprzewodnikowe Technologie trytu Stan stacjonarny Podtrzymywanie prądu w plazmie (LHCD)

52 Problemy, których ITER nie rozwiąże
Charakteryzacja materiałów Wytrzymałość materiałów Produkcja trytu (samowystarczalność) Przemysłowa produkcja elektryczności

53 Co dalej? 10 mld € to nie tak dużo Szybka ścieżka (David King)
podatnik UE płaci 2,5 € rocznie światowe roczne koszty produkcji elektrycznej to 2 tryliony € Szybka ścieżka (David King) IFMIF (D+Li, 1014 n/s/m2, 20 dpa/rok, 100 dpa) DEMO IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) – akcelerator (linac) do produkcji neutronów 14 MeV z reakcji D+Li, 1014 n/s/m2, 20 dpa/rok, dpa

54 Problemy, których ITER nie rozwiąże
Charakteryzacja materiałów (IFMIF) Wytrzymałość materiałów (IFMIF/DEMO) Produkcja trytu (DEMO) Przemysłowa produkcja elektryczności (DEMO)

55 Kroki na drodze do elektrowni plazmowej
JET + développement de matériaux résistant aux neutrons de haute énergie et pour production de tritium à partir du lithium ITER 8Samopodgrzewanie JT60-SA DEMO Prototyp elektrowni

56 Zagrożenia dla środowiska podczas budowy, a później użytkowania ITERa
W trakcie budowy zagrożenia nie ma żadnego, o ile oczywiście pominiemy zagrożenia, jakie występują przy każdej budowie, nawet domku jednorodzinnego. W trakcie eksploatacji ITERa zagrożenia będą też takie, jakie występują w każdej instalacji przemysłowej, w której jest nagromadzona duża ilości energii będącej źródłem wypadków. Jeśli chodzi o bezpieczeństwo jądrowe (ITER będzie instalacją jądrową, ok neutronów/sekundę), to źródła tych zagrożeń są dwa: Tryt, który jest radioaktywnym izotopem wodoru i będzie spalany w reakcji z deuterem (deuter nie jest radioaktywny, występuje w wodzie morskiej w proporcji 1 cząstka deuteru na 6700 cząstek wodoru). Tryt nie występuje w przyrodzie, będzie produkowany w samym reaktorze w reakcji neutronu z litem, który w dużych ilościach występuje w skorupie ziemskiej i w wodzie morskiej. Tryt będzie więc w obiegu zamkniętym reaktora (jeśli nie liczyć początkowego okresu rozruchu reaktora). Niebezpieczne jest jego uwolnienie poza komorę reaktora, ale niebezpieczeństwo dotyczy tylko najbliższego otoczenia, nie będzie potrzebna ewakuacja okolicznej ludności czy inne tego rodzaju działania. Tryt ma okres połowicznego rozpadu równy 12,3 lat, rozpada się do helu-3 z emisją elektronu o energii ok. 6 keV. Jest niebezpieczny tylko po przedostaniu się do wnętrza organizmu (po związaniu się z wodorem i tlenem tworzy ciężką wodę trytową HTO, która może być absorbowana przez rośliny, zwierzęta i ludzi). W organizmie pozostaje ok. 10–15 dni. Najbardziej czarny scenariusz (trzęsienie Ziemi o maksymalnej intensywności) przewiduje uwolnienie mniej niż 1 kg trytu, co spowoduje skażenie mniejsze niż 0.4 Sv (siwert = 1 dżul/kg równoważnika dawki pochłoniętej), w ograniczonym obszarze wokół reaktora (ok. 1 km2). W trakcie normalnej pracy reaktora tryt będzie źródłem dawki promieniowania mniejszej niż 1% dawki promieniowania naturalnego (2 mSv/rok), czyli mniej niż 0.02 mSv/rok. Dopuszczalna dawka to 0.1–5 mSv/rok (różnie w różnych krajach). Neutrony, które też są produktem syntezy jąder. Neutrony spełniają pożyteczną rolę, gdyż unoszą energię uwolnioną w reakcji syntezy (są neutralne, więc pole magnetyczne nie powstrzymuje ich ucieczki z komory tokamka) i oddają ją (energię) w kołnierzu (tzw. blankecie) otaczającym komorę reaktora, a ponadto zapewniają (w reakcji z litem) produkcję trytu. Niekorzystne jest to, że jednocześnie powodują wtórną radioaktywność elementów reaktora. To ostatnie zagrożenie będzie zminimalizowane poprzez zastosowanie specjalnych materiałów o niskiej radioaktywności wtórnej. Te materiały to stale RAFM (Reduced Activation Feritic Martensitic), na przykład stal EUROFER obecnie intensywnie badana pod kątem wytrzymałości na obciążenia termiczne, mechaniczne i radiacyjne, jakie mogą wystąpić w reaktorze. W dalszej perspektywie przewiduje się wykorzystanie stali ODS (oxide dispersion strengthened) oraz kompozytów ceramicznych SiCf/SiC z włóknami węglowymi. W węzłach najbardziej narażonych wykorzystywane będą stopy wolframu. Z punktu widzenia ochrony radiologicznej optymalne byłyby materiały z wanadu, chromu i tytanu, ale są one bardzo drogie, a ich technologia nie jest jeszcze opanowana. Na ten kierunek badań idą duże pieniądze, rzędu 7 milionów Euro rocznie, a wszystko po to, aby stworzyć nowe materiały które z jednej strony będą odporne na ekstremalne warunki panujące w reaktorze, a z drugiej strony ich wtórna radioaktywność, wywołana strumieniem neutronów, będzie na niskim poziomie. Należy podkreślić, że dotyczy to tylko elementów konstrukcyjnych reaktora, które będą musiały być przechowywane po zakończeniu pracy reaktora i jego demontażu. „Popiół” ze spalania termojądrowego, czyli hel, jest całkowicie bezpieczny. Natomiast nie ma zupełnie zagrożenia niekontrolowanym rozwojem reakcji (gdyż synteza nie jest reakcją łańcuchową) oraz tzw. syndromem chińskim, czyli stopieniem elementów konstrukcyjnych reaktora (nawet w wypadku całkowitej awarii systemu chłodzenia ilość energii cieplnej w reaktorze będzie mała w porównaniu z pojemnością cieplną reaktora co oznacza, że nie będą potrzebne żadne aktywne awaryjne systemy chłodzenia, wystarczy pasywne schłodzenie reaktora). Gwoli prawdy należy dodać, że wodór (i jego izotopy – deuter i tryt) gwałtownie łączą się z tlenem, co w wypadku niekontrolowanego uwolnienia może być źródłem eksplozji (konwencjonalnej). Ponadto beryl, obecny w elementach konstrukcyjnych reaktora, jest pierwiastkiem niebezpiecznym (chemicznie). Podsumowując, konwencjonalne ryzyko związane z reaktorem nie jest większe niż ryzyko związane z eksploatacją dowolnej instalacji przemysłowej. Ryzyko jądrowe jest minimalne i ewentualna awaria będzie miała skutki ograniczone wyłącznie do terenu elektrowni. Ograniczone ilości odpadów radioaktywnych (po likwidacji elektrowni) nie będą obciążeniem dla przyszłych pokoleń.

57 Elektrownia węglowa i elektrownia syntezy (7 mld kWh w ciągu roku)
Elektrownia spalająca węgiel 3 miliony ton węgla 11 milionów ton CO2 co najmniej jedna ofiara śmiertelna Elektrownia syntezy 100 kg deuteru + 3 tony litu zero emisji CO2 do atmosfery brak odpadów radioaktywnych

58

59 Projekt ITER – możliwości dla biznesu Wrocław, 9 czerwca 2009
Dziękuję za uwagę Andrzej Gałkowski