sistemas sustentÁveis de energia energia nuclear 2ª aula 1 nuclear energy sumário da 2ª aula...
Post on 18-Apr-2015
109 Views
Preview:
TRANSCRIPT
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 1
NUCLEAR ENERGY
Sumário da 2ª aula
1. Estrutura da matéria
2. Reacções Químicas e Reacções Nucleares
3. Campos eléctrico e magnético
4. Ondas electromagnéticas
5. Energia eléctrica
6. Plasmas: o quarto estado da matéria
7. Confinamento magnético
8. Descrição de uma experiência de plasmas
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 2
1. ESTRUTURA DA MATÉRIA• A matéria é constituída por moléculas, que por sua vez são
formadas por átomos, constituídos por um núcleo central que inclui os protões e os neutrões e que está rodeado por electrões que giram à volta do núcleo
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 3
2. REAÇÕES QUÍMICAS E REAÇÕES NUCLEARES• As reações químicas resultam de rearranjos dos átomos das
moléculas dos reagentes
• As reações nucleares implicam alterações ao nivel do(s) núcleo(s)
• Como as forças de ligação de um núcleo são muito mais intensas que as forças de ligação dos átomos, uma reação nuclear liberta muito mais energia que uma reação química.
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 4
3. CAMPO ELÉCTRICO E CAMPO MAGNÉTICO• Uma carga eléctrica em repouso cria à sua volta um campo
eléctrico dado por
• Uma carga eléctrica com um movimento uniforme com velocidade v cria uma corrente eléctrica e um campo magnético dado por
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 5
• Uma carga eléctrica animada de um movimento não uniforme cria um campo eléctrico e um campo magnético, variáveis no tempo, e que obedecem às Equações de Maxwell
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 6
4. ONDAS ELECTROMAGNÉTICAS
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 7
5. ENERGIA ELÉCTRICA
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 8
PLASMAS ARE THE FOURTH STATE OF THE MATTER
ICE WATER WATER VAPOUR IONIZED GAS
Energy Energy Energy
SOLID LIQUID GAS PLASMA
6. PLASMAS: THE FOURTH STATE OF THE MATTER
6.1. Introduction
• Fusion reactions can only occur at high pressures and
temperatures (100 million oC for the D-T reaction) at which the
fuels are fully ionised in the fourth state of the matter: the
plasma state
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 9
6.2. Ionization
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 10
6.3. Definition of plasma•Plasma is an ionized gas, quasi neutral, with collective behaviour
Gas Plasma
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 11
In the vacuum In a plasma
xq
r xP
rP
r
qV
04
1
D
r
er
qV
04
1
DL
In a plasmavacuum
plasma
r
V(r)
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 12
• Individual behaviour
q1
r
221
04
1
r
qqF
The movement of neutral particles is determined by collisions with neighbour particles.
• Collective behaviour
The movement of charged particles is determined by long-range forces, created by charged particles located very far from the test-particle.
q2
03
2
1
04
1nr
r
qF
rqn
10
0
4
q1
q2q2
q2
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 13
Quasi Neutral
• Charge of the electrons charge of the ions
• A plasma shields any applied potential
r
qV
04
1
D
r
er
qV
04
1
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 14
20
0
en
TkN eD
Debye Length
Electron Temperature
Plasma Density
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 15
0
20
m
enpe
A charged particle of a plasma moved from its equilibrium position stays oscillating.
6.4. Typical parameters of a Plasma6.4.1. Plasma Frequency
+ + + + + + +- - - - - - -+ + + + + + +- - - - - - -
+ + + + + + +- - - - - -+ + + + + + +- - - - - - -
+ + + + + + +- - - - - -+ + + + + + +- - - - - - -
6.4.2. Cyclotronic FrequencyA charged particle in a magnetic field describes a circular orbit with a radius (Larmor Radius (rL)), with a frequency :
m
qBce qB
mvvr
ceL
rL decreases when the magnetic field increases, meaning that the plasma confinement improves when the intensity of the magnetic field increases
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 16
xVector perpendicular to the plane and directed towards inside
.Vector perpendicular to the plane and directed towards outside
Sentido de rotação da carga eléctrica pode ser determinado usando:
- O Princípio da Acção e Reacção
- Regra do Saca-Rolhas (SR)
+
SRBX
-
SRB
X
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 17
Electron
Ion
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 18
Not all the ionized gases are plasmas
For an ionized gas to be a plasma it is necessary:
6.5. Plasma conditions
• L » D L …………….. Length of the plasma
• ND » 1 ND …………… Number of charged particles inside
a sphere with a radius equal to D
• fpe , fce » fcolisão
Collision Frequency
Cyclotronic Frequency
Plasma Frequency
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 19
Oscilador
0
20
m
enpe
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 20
6.6. Ocorrence of Plasmas- Natural Plasmas - Laboratorial Plasmas - Ionosphere - Cold Plasmas - Solar Wind - Fusion Plasmas - Boureal Auroras
- Industrial Applications - Lâmpadas - Surface Treatment - Material Processing - Sterlization of laboratorial equipment - Waste Treatment - Motores de Propulsão - Plasma Welding - Fusion Power Station
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 21
7. MAGNETIC CONFINEMENT• A magnetic field:
Does not affect the movement of neutral particles;
Obliges the charged particles to have circular orbits around the lines of the magnetic field.
m
BqC
CL
vr
C
Lr
v
Frequência ciclotrónica
Intensidade do campo magnético
Carga da partícula
Massa da partícula
Raio da órbitra
Componente da velocidade da partícula no
plano perpendicular ao campo
m
B
q
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 22
8. COMPONENTS OF A PLASMA EXPERIMENT
• Vacuum Chamber
• Vacuum System (SV)
Glass
Stainless Steal
Rotative Pump
Turbomolecular Pump
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 23
• Pressure Measuring System (SMP)
• Gas Injection System
(SIG)
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 24
• Magnetic Field for the Plasma Confinement
Natural Magnets
Magnets of fio de cobre
Magnets of de folhas de cobre
Superconducting Magnets
SISTEMAS SUSTENTÁVEIS DE ENERGIA Energia Nuclear 2ª Aula 25
• Systems for the gas ionization
top related