Mae adweithydd tokamak dur newydd pwerus yn anelu at gyflawni'r greal sanctaidd o -gynhyrchu trydan wedi'i bweru gan ymasiad.
Yn ddwfn yn rhanbarth Ffrainc yn Provence, a ddewiswyd oherwydd ei amodau daearegol, hydrolegol a seismig ffafriol, yn ogystal â mynediad at ddŵr a thrydan, mae cyfleuster gwasgarog 180-hectar sy'n gartref i'r Adweithydd Arbrofol Thermoniwclear Rhyngwladol (ITER).
Mae gweithfeydd pŵer traddodiadol yn trosi gwres o hylosgiad tanwydd ffosil neu ymholltiad niwclear yn ager sydd wedyn yn cael ei ddefnyddio i gylchdroi tyrbinau sy'n trosi ynni mecanyddol yn drydan. Mae'r ddau ddull hyn, er eu bod yn ffynonellau pŵer dibynadwy, yn dod ag effeithiau amgylcheddol trwy allyriadau neu wastraff ymbelydrol.
Ond beth os oedd ffordd o gynhyrchu'r gwres hwn heb y sgil-gynhyrchion niweidiol? Dyma freuddwyd pŵer ymasiad, arbrawf parhaus i gynhyrchu symiau enfawr o egni trwy ymasiad atomig.
Yn union yr un fath â'r prosesau sy'n pweru ein haul, mae ymasiad yn digwydd pan fydd dau atom hydrogen yn malu gyda'i gilydd ac yn asio i mewn i un atom heliwm. Mae hyn yn cynhyrchu llawer iawn o ynni heb gynhyrchu cynhyrchion ymholltiad ymbelydrol.
Mae creu'r broses hon yn her beirianyddol ddifrifol, gan fod yn rhaid i'r adweithiau gael eu rheoli'n fanwl gywir mewn gofod lle mae llawer iawn o ynni'n cael ei gynhyrchu.
Pŵer seren mewn cawell dur
Yn y cyfleuster ITER, mae gwaith adeiladu ar y gweill ar adweithydd tokamak mwyaf y byd. Wrth wraidd y peiriant arbrofol hwn, yn seiliedig ar fodel Sofietaidd a ddatblygwyd yn y 1960au, mae siambr wactod siâp torus.
Gan bwyso 5,200 tunnell a chyda chyfaint o 1,400 m³, y siambr wactod yw'r fwyaf o'i bath o bell ffordd, gan ei gwneud hi'n haws i'r ffisegwyr sy'n ei gweithredu reoli'r adweithiau sydd eu hangen i gynhyrchu pŵer ymasiad hyfyw.
Bydd arbrofion ITER yn cael eu cynnal y tu mewn i'r llestr gwactod dur hwn, sy'n cynnwys yr adweithiau ymasiad ac sydd wedi'i selio'n hermetig, gan weithredu fel y rhwystr cyfyngu diogelwch sylfaenol. Yma, mae tanwydd hydrogen yn destun gwres a phwysau aruthrol, gan ei droi'n nwy poeth â gwefr drydanol o'r enw plasma.
Mae'r amgylchedd gwactod hwn yn darparu cysgodi ymbelydredd ac yn cefnogi sefydlogrwydd plasma, tra bod systemau dŵr oeri, a gylchredir rhwng ei waliau dur dwbl, yn tynnu'r gwres a gynhyrchir yn ddiogel tra bod yr adweithydd yn weithredol. Mae hyn yn hanfodol bwysig, gan fod angen tymereddau rhwng 150 a 300 miliwn gradd ar gyfer ymasiad.
Adweithydd ymasiad newydd ITER fydd yr adweithydd ymasiad mwyaf yn y byd ar ôl ei gwblhau
Grym meysydd magnetig
Mae siâp toesen y tu mewn yn caniatáu i'r gronynnau plasma y tu mewn gylchu'n barhaus heb gyffwrdd â'r waliau. Mae'r plasma superhot hwn wedi'i gynnwys a'i reoli yn yr adweithydd tokamak gan feysydd magnetig a gynhyrchir gan 10,000 tunnell o fagnetau uwchddargludo.
Yn gallu cynhyrchu meysydd cryfach na magnetau confensiynol pan gânt eu cadw ar dymheredd o -269 gradd , mae ITER yn defnyddio 'uwch-ddargludyddion perfformiad uchel wedi'u hoeri'n fewnol' lle mae llinynnau uwchddargludo yn cael eu bwndelu gyda'i gilydd a'u cynnwys mewn siaced ddur adeileddol.
Mae'r dull hwn o gynhyrchu meysydd magnetig hefyd yn rhatach ac yn cymryd llai o ynni na dewisiadau eraill, sy'n golygu mai dyma'r unig opsiwn ymarferol ar gyfer y systemau magnet enfawr sydd eu hangen i gynnal pŵer ymasiad.
Mae'r llestr gwactod a'i system magnet uwch-ddargludo i gyd wedi'u cynnwys yn y cryostat ITER, sy'n darparu gofod gwactod tymheredd isel iawn. Ar 16,000 m³, dyma'r siambr pwysedd gwactod uchel dur gwrthstaen mwyaf a adeiladwyd erioed.
Mae'r gwahaniaethau tymheredd eithafol a gynhwysir yn yr adweithydd yn gwneud dur di-staen yn ddewis delfrydol. Yn gallu cynnal perfformiad ar dymheredd uchel ac isel, mae hydwythedd a chaledwch uchel dur yn ei wneud yn rhan anadferadwy o ITER.
Gyda disgwyl i'r tokamak fod yn weithredol erbyn 2025, mae ffisegwyr ymasiad yn gobeithio y bydd hwn yn newidydd ar gyfer cynhyrchu ynni. Er bod y rhagolygon o ynni glân bron yn ddiderfyn yn parhau y tu hwnt i'r gorwel, mae'n amlwg, os ydym am gyflawni ymasiad masnachol, mai pŵer parhaol dur fydd yn ein galluogi i'w harneisio.
