Naujoji Zelandija - Vilniaus universitetas

More documents

Recommendations

Info

Metø metus pasaulio mokslininkai svajojo ir ieðkojo keliø, kaip Saulës pavyzdþiu Þemëje sukurti þmogui ir gamtai draugiškà bei ekonomiðkai efektyvø energijos ðaltiná. Didelëmis pastangomis buvo suprasta, kad besijungianèiø lengvøjø cheminiø elementø sintezës metu iðsiskirianti energija yra didesnë nei vykstant urano branduoliø skilimui atominëse elektrinëse. Þemiška problema buvo ta, kad branduolinës sintezës reakcijai vykti reikia milþiniðkos temperatûros – ðimtø milijonø laipsniø. integracija átermobranduolinës Lietuvos mokslo energijos tyrimus Europoje Prof. Liudvikas PRANEVIÈIUS VDU Fizikos katedros vedëjas Termobranduolinio reaktoriaus pagrindinis kuras Þemëje – deuteris ir litis – yra neradioaktyvus. Sintezës reakcija vyksta tarp dviejø vandenilio izotopø – deuterio ir trièio. Reakcijos metu susidaro alfa dalelë (tai yra helis) ir aukðtos energijos neutronas, kuris dalá savo energijos panaudoja, kad litá paverstø trièiu, kuris bûtinas sintezës reakcijai, ir generuoja ðilumà, kuri toliau verèiama kitomis energijos rûðimis (mechanine, elektros). Tarpinio radioaktyvaus kuro – trièio – skilimo pusamþis yra 12,6 metø. Kaip matome, termobranduolinës sintezës reakcijai reikalingas radioaktyvus tritis gaminamas paèiame reaktoriuje, todël nereikalingas radioaktyvaus kuro transportas, kaip tai daroma atominëse elektrinëse. Taèiau pagrindinës problemos sprendimas, kaip pasiekti ir stacionariai kurá laikà palaikyti reaktoriuje milijonines temperatûras, pareikalavo ilgø ir kruopðèiø tyrimø. Dujos, ákaitintos iki tokios aukðtos temperatûros, ágauna naujø savybiø. Jos pereina á naujà bûvá – plazmà, kuri jau susideda iš jonø (atomo be vieno ar daugiau elektronø) ir elektronø. Plazma – tai ketvirtasis medþiagos bûvis, kurio stacionariam palaikymui reikalinga aukšta temperatûra ar kiti atomus jonizuojantys šaltiniai. Plazma yra daþniausiai pasitaikantis bûvis visatoje. Þmogaus protas surado metodus, kaip ákaitinti iki milijoniniø temperatûrø darbines dujas (plazma), sukûrë reaktoriuje sàlygas palaikyti termobranduolinæ plazmà sintezës reþimu ir išrado medþiagas ir bûdus, kaip apsaugoti reaktoriaus sieneles nuo sàveikos su plazma. Pasaulyje yra daug eksperimentiniø árenginiø, kurie padëjo giliau paþvelgti á termobranduolinës sintezës plazmoje vykstanèius procesus, suprasti fizikà ir surasti bûdus, kaip valdyti paèià plazmà ir joje vykstanèius procesus. Culhame (Didþioji Britanija) šiuo metu veikia didþiausias ir vienintelis pasaulyje termobranduolinës sintezës árenginys, sutrumpintai vadinamas JET (Joint European Torus), dar kitaip vadinamas tokamaku, galintis veikti su deuterio ir trièio kuro miðiniu. Paminëtinas kitas eksperimentinis árenginys – TORE SUPRA, veikiantis Cadarache, Prancûzija, kuriame 2003 m. buvo sukurta ir 6,5 min. iðlaikyta plazma termobranduolinës sintezës reþimu. Termobranduolinis reaktorius – tai milþiniškas toroidas, kurio viduje sudaromi stiprûs magnetiniai laukai plazmai suvaldyti aukðto vakuumo sàlygomis ir jà izoliuoti nuo árenginio vidiniø sieneliø. Magnetiniuose laukuose plazma, susidedanti iš jonizuotø atomø ir elektronø, tampa valdoma, jà galima atitolinti nuo sieneliø , o ákaitintø jonizuotø darbiniø dujø kanalà lokalizuoti iðilgai reaktoriaus. Bendra tokamako konstrukcija parodyta 1 pav. Ðis árenginys eksploatuojant yra daug saugesnis uþ paèias moderniausias atomines elektrines. Kam nors sugedus, jis automatiškai sustoja ir beveik neiðskiria radioaktyviøjø atliekø. Taip pat nesunkiai sprendþiama kuro problema. Taèiau pradëti termobranduolinës sintezës reakcijà yra labai sudëtinga. Po daugelio bandymø ávairiose pasaulio šalyse sukurti nacionalinæ termobranduolinæ energetikà prieita prie vieningos iðvados, kad ðios problemos sprendimas reikalauja plataus tarptautinio bendradarbiavimo, dideliø þmoniø ir materialiniø ištekliø, kurie virðija vienos ðalies ar net regiono galimybes. 2006 m. geguþës 24 d. bendru sutarimu septynios valstybës (Europos Sàjunga, Indija, Japonija, JAV, 1 pav. Kinija, Pietø Korëja ir Rusija) pasiraðë bendrà protokolà statyti tarptautiná termobranduoliná eksperimentiná reaktoriø (ITER) Prancûzijos pietuose, Kadaraso (Caradashe) miestelyje. Reaktorius bus pastatytas 2015 m. ir numatomas eksploatacijos laikas – 20 metø. Jo tikslas – pademonstruoti valdomà deuterio–trièio termobran- duolinës sintezës reakcijà. Toliau bus kuriamas demonstracinis reaktorius DEMO, kuris pirmà kartà galës save aprûpinti trièiu ir generuoti didelá energijos kieká. Termobranduolinës sintezës jëgainës tieks energijà tankiai apgyvendintuose ir pramoniniuose rajonuose. Jau dabar numatoma jø energijà panaudoti vandeniliui gauti, kuris reikalingas kuriant „vandenilio ekonomikà“. Lietuvos mokslo kelio á termobranduolinæ energetikà pradþia yra 2004 m. geguþë, kai Garchinge (Vokietija) svarbiausiø Lietuvos universitetø ir institutø mokslininkai pristatë tarptautinei visuomenei savo potencialias galimybes prisijungti prie jau vykdomø tarptautiniø moksliniø tyrimø ir konstravimo darbø kuriant naujos kartos termobranduoliná reaktoriø ITER. Koordinacinë iniciatyva nuo pat pradþios priklauso Lietuvos mokslø akademijai aktyviai dalyvaujant mokslininkø grupëms ið LEI, KTU, VDU, VU ir kitø. 2005 m. gruodá Lietuvos mokslø akademijoje ávyko Europos Komisijos remiama tarptautinë konferencija tema Termobranduolinës sintezës tyrimai Lietuvoje ir kaimyninëse ðalyse. Konferencijos metu Lietuvos mokslininkai kalbëjo ir dalijosi patyrimu, kaip per trumpà laikà ir efektyviai organizuoti tyrimus ðioje sparèiai besivystanèioje mokslo ir technikos kryptyje. Tuo 24 Mokslas ir gyvenimas 2007 Nr. 6
a) b) 2 pav. 3 pav. pat metu vyko kilnojamoji termobranduolinës energetikos paroda (Fusion Expo), prie kurios organizavimo daug prisidëjo Lietuvos ðvietimo ir mokslo ministerija. Per dvi savaites parodà aplankë 14 000 moksleiviø, studentø, mokytojø, universitetø dëstytojø, tyrëjø ir gyventojø. Europos termobranduoliniø tyrimø ir plëtros programà, pagrástà EUROATOM sutartimi, koordinuoja ir ágyvendina Europos Komisija. Pagrindiniai tyrimai vykdomi su EUROATOM Bendràja Programa asocijuotomis ðalimis. Vyksta parengiamieji darbai ir numatyta, kad artimiausiu laiku Lietuva bus integruota á ðià asociacijà. Termobranduolinës sintezës tyrimai yra prioritetinë tyrimø sritis Europos Sàjungos 6-ojoje Bendrojoje Programoje (2002–2006 m.). Dar daugiau dëmesio šiems tyrimams skiriama 7-ojoje Bendrojoje Programoje. Pradëto darbo efektyvumà patvirtina tai, kad, tik atsivërus šios programos durims, Lietuvos mokslininkø pasiûlyti projektai sëkmingai praëjo tarptautinæ konkursinæ atrankà. Šiuo metu Lietuvoje sprendþiamos aktualios termobranduolinës sintezës problemos dalyvaujant mokslininkø grupëms iš LEI, KTU ir VDU. Lietuvos energetikos institutas vykdo du projektus, ið kuriø vienas sprendþia termobranduolinio reaktoriaus saugos, o kitas (bendradarbiaujant su VDU mokslininkais) tiria pirmosios termobranduolinio reaktoriaus sienelës erozijos plazmoje problemas. Sëkmingai dirba KTU mokslininkai. <strong>Vilniaus</strong> universiteto Teorinës fizikos ir astronomijos instituto mokslininkai gilinasi á termobranduolines plazmos modeliavimo ir plazmos diagnostikos problemas. Lietuvos energetikos instituto branduoliniø árenginiø saugos laboratorijos mokslininkai turi didelës patirties tiriant atominiø elektriniø saugà. Ágytas patyrimas bus panaudotas kuriant termobranduolinës sintezës árenginius. 2005 m. spalá pasiraðyta sutartis su Europos Komisija ir pradëtas ágyvendinti pirmasis termobranduolinës sintezës programos projektas Lietuvoje. Projekto tema „Vandenilio degimo ir sprogimo analizë ávykus avarijai prarandant vakuumà ITER kaitinimo ir diagnostinio pluoðto ir vakuuminio siurblio patalpose“. Projektas nagrinëja avarines situacijas, kuriø metu gali susidaryti oro ir vandenilio mišinys. Mišinys gali uþsidegti tûrinei vandenilio koncentracijai ore pasiekus 4 proc., o padidëjus iki ~20 proc., galimas sprogimas. Vykdant ðá projektà bus apskaièiuota oro patekimo á patalpas sparta ávykus reaktoriaus dehermetizacijai, ávertintas dujø sudëties pasiskirstymas patalpose, nustatytos galimos vandenilio susikaupimo vietos bei ávertinta, ar gali susidaryti uþsidegantis vandenilio ir oro miðinys. Tyrimø rezultatai bus panaudoti projektuojant laboratorines termobranduolinio reaktoriaus patalpas. LEI mokslininkai savo darbuose naudosis programø paketais, kurie buvo sëkmingai patikrinti ávertinant vandenilio koncentracijà Ignalinos AE patalpose po projektiniø ir neprojektiniø avarijø, kai á patalpas per trûkusá reaktoriaus auðinimo sistemos vamzdá kartu su vandens ir garo miðiniu patenka ir tam tikras vandenilio kiekis, atsirandantis dël vandens hidrolizës. Kito Europos Komisijos termobranduolinës sintezës tyrimø programos remiamo projekto tema yra „Nanokristaliniø volframo dangø gavimas ir jø panaudojimas konstruojant termobranduolinio reaktoriaus pirmàjà sienelæ“. Nuo 2006 metø pradþios pradëti vykdyti tiriamieji darbai, kuriuose dalyvauja Lietuvos energetikos instituto Medþiagø tyrimø ir bandymø laboratorija (laboratorijos vadovas dr. D.Milèius) ir Vytauto Didþiojo universiteto Fizikos katedra (vadovas dr. L.Pranevièius). Plazmos formavimo ir kaitinimo metu divertorius patiria didþiausià apðvità maþos energijos deuterio ir trièio jonais ir neutronais. Taip pat jam tenka didelës ðiluminës apkrovos. Tai sukelia pirmos reaktoriaus sienelës medþiagos erozijà, paviršiniø atomø maiðymàsi bei restruktûrizacijà. Viena vertus, tai riboja pirmosios sienelës medþiagos eksploatacijos laikà, antra vertus, atomai nuo sienelës pavirðiaus patenka á plazmà ir veikia plazmos parametrus. Norint sumaþinti ðá efektà, bûtina parinkti pirmosios sienelës medþiagà, jos struktûrà ir mechanines savybes taip, kad sienelës sàveikos su plazma metu vyktø minimali jos erozija, ir riboti priemaiðø nuo sienelës perneðimà á plazmà. Lietuvos energetikos instituto Medþiagø tyrimø ir bandymø laboratorijoje, Kauno technologijos ir Vytauto Didþiojo universitetø Fizikos katedrose jau daug metø tiriamos savybës nanostruktûriniø medþiagø, kurios sudarytos iš kristalitø, kuriø matmenys sudaro 30–50 nanometrø (1 manometras=10 -9 m). Tokios medþiagos pasiþymi unikaliomis mechaninëmis savybëmis, yra labai kietos ir atsparios mechaninei erozijai. Kauno technologijos universiteto Fizikos katedros mokslininkai, kuriems vadovauja prof. J.Dudonis ir doc. G.Laukaitis, nanokristalinëms medþiagoms gauti naudoja elektroninio garinimo ir kondensacijos vakuume technologijà, kurios principinë schema parodyta 2a pav., o Vytauto Didþiojo universiteto Fizikos katedros mokslininkai kartu su Lietuvos energetikos instituto mokslininkais (dr. L.Pranevièius ir dr. D.Milèius) išplëtojo modernià medþiagos nusodinimo su vienalaike plazmos aktyvacija technologijà, kurios schema parodyta 2b pav. Nanokristalinës volframinës dangos formuojamos naudojant magnetroniná garinimà jonizuotø argono dujø aplinkoje. Nanokristalinës 2–5 mikronø storio volframo dangos formuojamos ant masyviø medþiagø, daugiausia anglies kompozitø, kurie naudojami tokamakuose. Suformuotos dangos apspinduliuojamos vandenilio jonais specialiai sukonstruotoje celëje, kur pasiekiamas srovës tankis iki 2–5 mA cm -2 , protonø energija – 100–300 eV, bandinio temperatûra – iki 1000 K. Ðios sàlygos bent ið dalies leidþia priartëti prie realiø volframo dangø darbo reþimø termobranduoliniame reaktoriuje. Preliminarûs rezultatai rodo, kad naudojamos technologijos tankina nanomedþiagø struktûrà ir didina jø atsparumà mechaninei erozijai. 3 pav. pateiktuose elektroniniu mikroskopu gautuose dangø skersinio pjûvio vaizduose matome, kaip sutankëja dangos struktûra, kai naudojama plazma aktyvuota dangø nusodinimo technologija. Be abejo, tai tik pirmieji Lietuvos mokslininkø þingsniai integruojantis á pasaulinæ termobranduolinæ energetikà. Èia atsiveria plaèios galimybës realizuoti turimà ir ágauti naujo patyrimo sprendþiant aktualiausià þmonijos problemà – sukurti efektyvø, ir þmogui, ir gamtai draugiðkà ir ekonomiðkai naudingà energijos ðaltiná Þemëje. Mokslas ir gyvenimas 2007 Nr. 6 25
Page 1 and 2: 2007 6 Nuostabà kelianti Naujoji Z
Page 3 and 4: N.Burbulis R.Gruþauskas Virginijos
Page 5 and 6: Tussocko þole apaugæ kalnai Otago
Page 7 and 8: Specialiai MG ið Turino 2007 m. Tu
Page 9 and 10: Vaizdas, kuris gaunamas atliekant M
Page 11 and 12: Senieji lekëtiðkiai - kraðto ðv
Page 13 and 14: dant pramonæ, prekybà ir amatus,
Page 15 and 16: visà savo gëlà ir ilgesá, visà
Page 17 and 18: Adomas Brakas acijos Marija Brakien
Page 19 and 20: Erikos STRAIGYTËS nuotr. Uþdegti
Page 21 and 22: tyviniø medþiø ir krûmø apsupt
Page 23: parke augantis medis, krûmas, kita
Page 27 and 28: inëtas jo gimtinëje A.Èyras - ha
Page 29 and 30: Liðkiavos, Dubingiø panoramas. Jo
Page 31 and 32: loginis arsenalas ir senø bei nauj
Page 33 and 34: darbui dar porà þmoniø. Visi jie
Page 35 and 36: statë, kad homoseksualumas yra lig
Page 37 and 38: paèiuose pietvakariuose á vanden
Page 39 and 40: ProfesoriuiVytui Antanui TAMOÐIÛN
Page 41 and 42: alizuota UAB „Eksma“, „Ekspla
Page 43 and 44: RETRO Pastarøjø deðimtmeèiø ,,

Naujoji Zelandija - Vilniaus universitetas

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?