Fusionsenergi - fremtidens bæredygtige energikilde

I denne øvelse måler du nogle af de vigtigste parametre, som skal optimeres på et fremtidigt fusionskraftværk, nemlig plasmaets tæthed og temperatur. Du laver et plasma på tokamakken NORTH her på DTU, en maskine af samme type som fremtidige fusionskraftværker og analyserer måledata fra en såkaldt Langmuir-probe.

Hvad går øvelsen ud på?

I denne øvelse måler du på et varmt plasma indesluttet i et stærkt magnetfelt. Maskinen, en tokamak, er af samme type som fremtidens fusionskraftværker.

Når vi i fremtiden skal bygge et fusionskraftværk, skal vi skabe et fusionsplasma med så høj temperatur og tæthed som muligt, hvis fusionsreaktioner skal ske ofte nok til, at et overskud af energi kan produceres.

Formålet med øvelsen er at måle elektronernes temperatur og tæthed i et plasma, som er magnetisk indesluttet i en tokamak. I tokamakken NORTH på DTU opvarmes elektronerne til en meget høj temperatur. Temperaturen og tætheden er dog ikke ligetil at måle. Elektrontemperaturen - og tætheden måles med en såkaldt Langmuir-probe, hvorigennem strømmen afhænger af plasmaets temperatur og tæthed.

Tilmeldingen til SRP-øvelser 2023 er lukket

Hvordan foregår øvelsen?

På øvelsesdagen vil I først få en generel introduktion til fusionsenergi, samt til de såkaldte Langmuir-prober, som du skal bruge til at foretage målingen med.

Derefter vil du selv, fra kontrolrummet, få lov at lave et plasma i NORTH, hvor der ved hvert forsøg måles med Langmuir-proben. Ved måling med Langmuir-proben på NORTH får du et sæt datapunkter. Disse datapunkter skal fittes til en kendt form og ud fra dette fit kan elektrontemperaturen og elektrontætheden beregnes.

Du vil lave plasmaet på NORTH selv og får efterfølgende dit eget datasæt med hjem, så du kan arbejde med dataene efterfølgende. Du kan desuden tage billeder af maskinen og plasmaet som du kan bruge i din rapport.

Der vil på øvelsesdagen også være afsat tid til, at vi gennemgår dataanalysen på en eksempelmåling.

Hvilke faciliteter kommer du til at bruge?

Du vil møde NORTH - den eneste tokamak i Skandinavien.

Derudover vil du også se noget af det andet udstyr, vi har i plasmalaboratoriet.

Fysik: Øvelsen lægger op til at inddrage fysik som primært fag i relation til målingerne. De målte størrelser, plasmaets temperatur og tæthed, er to ud af tre vigtige størrelser, og indgår i det såkaldte fusions tripleprodukt: https://en.wikipedia.org/wiki/Lawson_criterion

Naturgeografi eller samfundsfag: Ved at koble fysik med naturgeografi eller samfundsfag kan fokus være på triple-produktets betydning for at realisere fusionsenergi i en fusionsreaktor.

Matematik: Med kobling til matematik kan fokus være på den tredje faktor i triple-produktet; energiindeslutningstiden.

10.00 - 12.00 : Introduktion til fusionsenergi og øvelsen
12.00 - 13.00 : Frokost
13.00 - 15.00 : Målinger på NORTH
15.00 - 17.00 : Diskussion og foreløbig databehandling

Dit data vil bestå af to tidsserier; probens bias-spænding (målt i V) og strømmen gennem proben (målt i A).

Ved at kombinere de to får man en såkaldt I-V karakteristik, som beskriver strømmen som funktion af bias-spændingen.

Ved at fitte, et kendt udtryk til I-V karakteristikken, kan elektronernes tæthed og temperatur aflæses fra fitting-parametrene.

Forslag til litteratur, du kan bruge i din opgave og som baggrund for øvelsen:

Generel introduktion:

Lærerbogsmateriale:

NB: Når du har tilmeldt dig, vil du få besked, hvis der er litteratur, du skal læse som forberedelse til øvelsen.

  • Fysik: Fysik vil typisk være det primære fag. Fysik bruges både til at forklare, hvordan kernefusion kan producere energi, processerne i et plasma, samt de fysiske målinger af strøm og spænding.
  • Matematik: Kan kobles med fysik for at beskrive f.eks. partikelbaner for ladede partikler i et magnetfelt (3D vektorer) eller hvorfor vi skaber et donut-formet plasma (topologi).
  • Naturgeografi: Kan kobles med fysik med fokus på fusionsenergi som fremtidig bæredygtig energikilde.
  • Samfundsfag: Kan kobles med fysik med fokus på fusionsenergi som fremtidig bæredygtig energikilde.
  • Teknologi: Kan kobles med fysik med fokus på en eller flere af de mange teknologier nødvendige for et fusionskraftværk; superledning, robotteknologi, robuste materialer,
Kan kombineres med:
  • Fysik
  • Historie: Kan kobles til fusionsforskning under den kolde krig som eksempel på internationalt forskningssamarbejde på trods af politiske konflikter.
  • Matematik
  • Naturgeografi
  • Samfundsfag
  • Teknologi
  • Bæredygtighed
  • Energiforsyning
  • Kerneenergi
  • Fusionsenergi
  • Plasmafysik

Tidspunkt og varighed

  • Onsdag den 1. marts kl. 10-17
  • Torsdag den 2. marts kl. 10-17
  • Tirsdag den 28. februar kl. 10-17 (Hvis øvelsen får få tilmeldte, flyttes tilmeldte til øvelsen enten onsdag den 1. marts eller torsdag den 2. marts).

Antal deltagere

10

Opfølgende møde

- hvor du kan du få hjælp til  din databehandling og stille spørgsmål:

  • Fredag den 10. marts kl.11-13
    (Online møde)

Sprog

Dansk

Arrangør og adresse

DTU Physics
Lyngby Campus

Kontakt

Alexander Simon Thrysøe

Alexander Simon Thrysøe Postdoc Institut for Fysik