Úvod do termojaderné fúze

Garant předmětu:

Jana Brotánková

Přednášející:

Jana Brotánková

Cvičící:

Jana Brotánková, Ondřej Ficker

Předmět zajišťuje:

katedra fyziky

Anotace:

Podmínky pro zapálení fúze, fúze ve hvězdách, principy udržení v magnetickém poli (zrcadla, pinče, stelarátory, tokamaky), princip inerciálního udržení, alternativní koncepty, současná experimentální zařízení a projekty (včetně ITER), ohřev a řízení vysokoteplotního plazmatu, fúzní technologie, perspektiva fúzní elektrárny.

Požadavky:

základní kurz fyziky, elektrodynamika

Osnova přednášek:

1. Fúzní reakce z hlediska fyziky atomových jader

2. Termonukleární fúze ve hvězdách, gravitační udržení, život hvězd

3. Podmínky pro zapálení fúze na Zemi. Termonukleární zbraně.

4. Principy udržení plazmatu pomocí magnetického pole: Pulsní a rovnovážné systémy. Otevřené systémy, nestability a problém koncových ztrát.

5. Principy udržení plazmatu pomocí magnetického pole: Uzavřené systémy, nestability a anomální difúze.

6. Principy termonukleární fúze s inerciálním udržením.

7. Alternativní pokusy o uvolňování fúzní energie: Mionová katalýza, „studená fúze“, „bublinková fúze“ a další.

8. Experimentální zařízení: Tokamaky včetně projektu ITER, Stelarátory, pinče a další

9. Ohřev řízení vysokoteplotního plazmatu a jeho diagnostika

10. Experimentální zařízení: Fúze s inerciálním udržením

11. Fúzní technologie: hlavní směry dalšího výzkumu a vývoje

12. Fúzní elektrárna. Motivace, hlavní problémy, existující studie, vliv na ŽP, odhady konkurenceschopnosti. Dlouhodobý výhled.

Osnova cvičení:

1. Fúzní reakce z hlediska fyziky atomových jader

2. Termonukleární fúze ve hvězdách, gravitační udržení, život hvězd

3. Podmínky pro zapálení fúze na Zemi. Lawsonovo kritérium, trojný součin.

4. Historie a podstata termonukleárních zbraní podle zpětného inženýrství.

5. Principy termonukleární fúze s inerciálním udržením.

6. Principy udržení plazmatu pomocí magnetického pole: Pulsní a rovnovážné systémy. Otevřené systémy, nestability a problém koncových ztrát.

7. Principy udržení plazmatu pomocí magnetického pole: Uzavřené systémy, nestability a anomální difúze.

8. Alternativní pokusy o uvolňování fúzní energie: Mionová katalýza, „studená fúze“, „bublinková fúze“ a další.

9. Experimentální zařízení: Tokamaky včetně projektu ITER, stelarátory, pinče a další

10. Ohřev vysokoteplotního plazmatu, řízení v reálném čase

11. Diagnostika vysokoteplotního plazmatu, bezpečnost a spolehlivost

12. Fúzní technologie a budoucí fúzní elektrárna: přehled hlavních úloh současného výzkumu

Cíle studia:

Znalosti:

naučit se základům fyziky termojaderné fúze

Schopnosti:

aplikace znalostí základů fyziky termojaderné fúze na řešení problémů fyziky termojaderné fúze

Studijní materiály:

Povinná literatura:

[1] G.McCracken, P.E.Stott: Fúze - energie vesmíru. Mladá Fronta 2006

[2] C.M.Braams, P.E.Stott: Nuclear Fusion, Half a Century of Magnetic Confinement Fusion Research, IoP 2002.

Doporučená literatura:

[3] J. Scheffel and P. Brunsell, Fusion Physics – introduction to the physics behind fusion energy, KTH Stockholm 2007

[4] A.A.Harms, KF Schoepf, GH Miley, DR Kingdon: Principles of Fusion Energy, World Scientific Publ. 2000.

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2024/2025:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Fyzikální inženýrství - Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (PS)
• Fyzikální inženýrství - Fyzika plazmatu a termojaderné fúze (PS)