Connect with us
Energetska efikasnost

Obnovljivi izvori energije – Nuklearna fuzija na Zemlji

Nuklearna fuzija je proces u kome dolazi do stapanja lak┼íih atomskih jezgara pri ─Źemu se stvaraju te┼że jezgro i energija. Na Zemlji je mogu─çe stvoriti laboratorijske uslove za dobijanje energije putem fuzije. Najjednostavnija reakcija fuzije koja mo┼że da se ostvari u laboratorijskim uslovima je reakcija izme─Ĺu deuterijuma i tricijuma, pri ─Źemu nastaju alfa-─Źestica (helijum) i neutron. Odvijanje reakcije fuzije u laboratorijskim uslovima predstavlja veliki tehnolo┼íki izazov.

// Da bi proces fuzije bio mogu─ç, potrebno je savladati odbojne Kulonove sile koje postoje izme─Ĺu ─Źestica istoimenog naelektirsanja, a to je jedino mogu─çe ukoliko je temperatura reaguju─çih gasova dovoljna visoka, i ukoliko se gasovi nalaze pod dovoljno visokim pritiskom.

Po┼íto na Zemlji nije mogu─çe razviti toliko visoki pritisak koji postoji na Suncu, gasna sme┼ía deuterijuma i tircijuma mora da se zagreva na oko 100 miliona ┬░C, ┼íto je ┼íest puta ve─ça temperatura od one koja vlada u Sun─Źevom jezgru. Visoke temperature omogu─çavaju odvajanje elektrona iz atoma. Rast temperature pove─çava kineti─Źku energiju ─Źestica, one se br┼że kre─çu, sve se ─Źe┼í─çe sudaraju i tako gube elektrone. Atomi sa ve─çim atomskim brojem zahtevaju ve─çu temperaturu za stapanje.

// Deuterijum i tricijum su najpogodniji energenti, jer zahtevaju najmanju temperaturu zagrevanja.

Gas u kome su ─Źestice jonizovane i pri tom se kre─çu velikim brzinama naziva se plazma. Plazma je jako nestabilan sistem, jer elektroni i pozitivno naelektrisana jezgra te┼że da se ┼íto br┼że udalje jedni od drugih. Zato je potrebno prona─çi na─Źin da se ─Źestice plazme zadr┼że u ograni─Źenom prostoru dovoljno dugo, kako bi se vi┼íe energije oslobodilo u reakciji nego ┼íto je iskori┼í─çeno za zagrevanje sme┼íe gasova (odr┼żavanje tj. konfinacija plazme). U Sun─Źevom jezgru postoji gravitaciono zadr┼żavanje plazme uz pomo─ç jakih gravitacionih sila. Odr┼żavanje plazme u laboratorijskim uslovima mogu─çe je ostvariti precizno projektovanim magnetnim poljem (magnetna konfinacija).

Kada se plazma postavi van magnetnog polja, naelektrisane ─Źestice plazme, kre─çu se u razli─Źitim pravcima i udaraju o zidove komore u kojoj se nalaze. To ne samo da dovodi do hla─Ĺenja plazme i inhibicije reakcije fuzije, nego ovako zagrejana plazma mo┼że da otopi sve do sada poznate materijale. Zato se plazma odvaja od zidova komore sna┼żnim magnetnim poljem posebnih geometrijskih konfiguracija. U magnetnom polju ─Źestice plazme su primorane da se kre─çu spiralnim putanjama oko magnetnih linija. Naj─Źe┼í─çe se koristi komora torusnog oblika sa magnetnim poljem (komora oblika krofne sa otvorom u sredini).

// Trenutno postoje samo eksperimentalni fuzioni reaktori na Zemlji i njihov koncept rada je slede─çi:

sme┼ía deuterijuma i tricijuma se stavlja u izolovanu reaktorsku komoru i zagreva do termonuklearnih temperatura. U fuzionim reaktorima energija se osloba─Ĺa u vidu jezgara helijuma i neutrona. Jezgra helijuma nose 20% energije. Ona ostaju u torusnoj komori i poma┼żu odr┼żavanju temperature plazme, jer se stalno dodaje nova koli─Źina nezagrejane gasne sme┼íe. Jezgra helijuma svoju energiju kretanja osloba─Ĺaju u sudarima sa ─Źesticama tek unete gasne sme┼íe koja se zagreva, jonizuje i tako se odr┼żava reakcija fuzije.

Neutroni nose 80% energije i ona se koristi za stvaranje elektri─Źne energije i tricijuma. Neutroni prolaze kroz tanke vakuumske zidove komore reaktora sa minimalnim gubitkom energije. Njih zatim apsorbuje litijumski omota─Ź koji okru┼żuje fuzioni reaktor. Svoju kineti─Źku energiju neutroni predaju jezgrima litijuma obrazuju─çi toplotu koja zagreva vodu. Vodena para pokre─çe klasi─Źne parne turbine i stvara se elektri─Źna energija. Sami neutroni na kraju u reakciji sa litijumom obrazuju tricijum koji se izdvaja i vra─ça nazad u reaktor.

Da bi se otpo─Źelo komercijalno kori┼í─çenje nekog izvora energije, potrebno je da on socijalno i ekolo┼íki bude prihvatljiv i da ekonomski bude privla─Źniji u odnosu na druge energente. Zato postoji verovatno─ça da termonuklearna fuzija ne─çe biti komercijalno izvodljiva. Ekonomska odr┼żivost energije iz procesa fuzije zavisi─çe od toga da li mo┼że da se takmi─Źi sa tro┼íkovima koji su potrebni za razvoj drugih obnovljivih izvora energije. To zavisi od budu─çeg tehnolo┼íkog napretka. Ako se i ostvari komercijalna proizvodnja energije u fuzionim reaktorima, ona ─çe biti nedostupna zemljama u razvoju, jer su potrebna ogromna ulaganja, dobro razvijena infrastruktura i osposobljeni stru─Źnjaci. Ogroman novac se ula┼że u projekat razvijanja ove tehnologije. Da bi se testirali novi materijali koji su manje podlo┼żni uticajima neutrona, potrebno je izgraditi posebna postrojenja u kojima ─çe se mala koli─Źina materijala mesecima izlagati snopovima neutrona. Za izgradnju takvih postrojenja potrebno je nekoliko stotina miliona evra.

Više o obnovljivim izvorima energije:
Obnovljivi izvori energije – osnovna podela
Obnovljivi izvori energije – Solarna energija
Obnovljivi izvori energije – Eolska energija
Obnovljivi izvori energije – Kretanje morske vode i geotermalna energija
Obnovljivi izvori energije – Energija biomase

Autori:
Prof. dr D. Škobalj,
┼Ż. ─Éoki─ç, dipl. in┼ż.