Magneettiseen koossapitoon perustuvan fuusioreaktorin jäähdytys
Ylisirniö, Sampo (2018)
Kandidaatintyö
2018
School of Energy Systems, Energiatekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018073033133
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018073033133
Tiivistelmä
Kandidaatintyön aiheena on magneettiseen koossapitoon perustuvien fuusioreaktoreiden jäähdytys. Tavoitteena on selvittää magneettiseen koossapitoon perustuvien fuusioreaktoreiden jäähdytystarpeet ja käytössä olevat tekniikat jäähdyttämiseen. Pääpaino on nykyisissä koereaktoreissa, mutta suunnitteluasteella oleviin voimantuotantoon tarkoitettuihin reaktoreihin luodaan katsaus. Lähdemateriaali on koottu suurimmilta osin 2000-luvulla julkaistuista tieteellisistä vertaisarvioiduista artikkeleista.
Fuusioreaktoreiden jäähdytystarpeet löytyvät suurimmilta osin plasmaa vasten olevista komponenteista. Jäähdytettäviin komponentteihin kohdistuu paikoin poikkeuksellisen suuret lämpökuormat, mikä pakottaa kiinnittämään erityistä huomiota tehokkaan jäähdytyksen lisäksi myös valmistusmateriaaleihin. Jäähdytteinä nykyisissä tutkimusreaktoreissa toimii pääasiallisesti nestemäinen vesi ja vaativimmissa kohteissa reaktoria lämmönsiirtoa edistävänä tekniikkana käytetään hypervapotronia ja kierrenauhaa. Tulevaisuuden kaupallisiin reaktoreihin on suunniteltu käytettäväksi myös muita jäähdytteitä, kuten nestemäistä metallia ja heliumia, ja ne hyötävät itse polttoaineena käytettävän tritiumin. Sekundääripiirin on suunniteltu toimivan Brayton-kierrolla ylikriittisellä hiilidioksidilla, tai Rankine-kierrolla perinteiseen tapaan tai ylikriittisellä höyryllä.
Fuusioreaktoreiden jäähdytystarpeet löytyvät suurimmilta osin plasmaa vasten olevista komponenteista. Jäähdytettäviin komponentteihin kohdistuu paikoin poikkeuksellisen suuret lämpökuormat, mikä pakottaa kiinnittämään erityistä huomiota tehokkaan jäähdytyksen lisäksi myös valmistusmateriaaleihin. Jäähdytteinä nykyisissä tutkimusreaktoreissa toimii pääasiallisesti nestemäinen vesi ja vaativimmissa kohteissa reaktoria lämmönsiirtoa edistävänä tekniikkana käytetään hypervapotronia ja kierrenauhaa. Tulevaisuuden kaupallisiin reaktoreihin on suunniteltu käytettäväksi myös muita jäähdytteitä, kuten nestemäistä metallia ja heliumia, ja ne hyötävät itse polttoaineena käytettävän tritiumin. Sekundääripiirin on suunniteltu toimivan Brayton-kierrolla ylikriittisellä hiilidioksidilla, tai Rankine-kierrolla perinteiseen tapaan tai ylikriittisellä höyryllä.