ED2200 Energi och fusionsforskning 6,0 hp

Energy and Fusion Research

In earlier days, the question "For how long will the fossil fuels last?" was often raised, but experiences during the last decade have given us reasons to instead ask the question "When can we free ourselves from the dependence on fossil fuels?".
In this course, a background is given to the problems concerning future energy provision that we are realizing today and that will become critical towards the mid-century unless new energy sources are developed. We will also discuss the alternative energy sources that are known today.
Within fusion research, the goal is to produce an energy source for large scale generation of electricity. By using the surplus energy that is released when light atomic nuclei merge (fusion), the final benefit comes from an endurable and environmentally friendly "Sun on earth". Since the early 1960's, the Alfven Laboratory at KTH has been part of the international collaboration in this field.
This introductory course will provide the physical and technological basics and give a picture of the state of present day fusion research. The development has now reached a state where we may say, with some confidence, that fusion power will indeed be realized. In the course, different solutions to this "the greatest technological challenge ever pursued by man" will be presented.

  • Utbildningsnivå

    Avancerad nivå
  • Huvudområde

    Elektroteknik
    Fysik
    Teknisk fysik
  • Betygsskala

    P, F

Kurstillfällen/kursomgångar

VT19 TEFRM/TSUEM för programstuderande

VT20 för programstuderande

Lärandemål

Syftet med kursen är att diskutera framtidens energiproblematik och fusionsenergins kommande roll samt att ge grundläggande kunskaper i fusionsfysik.

Kursmålen, som också examineras, utgörs av att kunna:

  • översiktligt redogöra för den nationella och globala energiproduktionen i ett uthållighetsperspektiv
  • diskutera behovet av fusionsenergi i den framtida elenergiproduktionen
  • beskriva principerna för magnetisk inneslutning, både på partikel- och makroskopisk nivå
  • redogöra för de viktigaste plasmamodellerna
  • lösa enklare jämvikts-, stabilitets- och transportproblem inom fusionsplasmafysiken
  • redogöra för de viktigaste plasmaparametrarna och diagnostikmetoder för dessa i ett fusionsplasma
  • förklara hur olika uppvärmningsmetoder fungerar
  • beskriva funktionen av, och komponenterna i, framtida fusionskraftverk
  • redogöra för alternativa inneslutningsprinciper och den planerade utvecklingen av tokamaken till reaktor.

Kursens huvudsakliga innehåll

Kursen ger en översiktlig introduktion till energiproblemen och fusionsforskning.

Speciellt behandlas följande områden.

Energibehovet. Olika energikällor. Miljö och energi. Möjliga framtidsscenarier. Fusionsenergins potential.

Kort fusionshistorik. Forskningen på KTH och globalt.

Lawsonkriteriet. Om fusionsplasmat. Plasmats

kvalitetsparametrar.

Teoretiska plasmamodeller. Jämvikt. Stabilitet. Transport Tokamaken idag och som reaktor.

Alternativ fusion. Tröghetsinneslutning.

Reaktorns konstruktion.

Fusionsenergins säkerhets- och miljöfrågor.

Studiebesök vid den experimentella fusionsanläggningen

Extrap T2R ingår.

Behörighet

Tillgänglig för studenter från alla program, men förkunskaper angivna i kursinformationen bör uppfyllas.

Rekommenderade förkunskaper

Vektoranalys, motsvarande kursen i flervariabelanalys på KTH. Grundläggande elektromagnetism.

Kursen EF2200 Plasmafysik rekommenderas, men är ej nödvändig.

Litteratur

Jan Scheffel and Per Brunsell: Fusion physics –

an introduction to the physics behind fusion energy, Stockholm 2016.

Examination

  • PRO1 - Projektuppgift, 1,5, betygsskala: P, F
  • ÖVN1 - Inlämningsuppgifter, 4,5, betygsskala: P, F

Krav för slutbetyg

Examinationen är fortlöpande; den utgörs av deltagande i undervisningen + mindre grupparbeten på lektionstid (1.5 hp) och inlämningsuppgifter (4.5 hp). Tentamen ges ej.

Ges av

EECS/Energi och elektroteknik

Kontaktperson

Jan Scheffel

Examinator

Jan Scheffel <jan.scheffel@ee.kth.se>

Per Brunsell <brunsell@kth.se>

Övrig information

Kursen är lärandeorienterad, med föreläsningar utifrån givna målproblem och övningar delvis utförda som minigrupparbeten.

Versionsinformation

Kursplan gäller från och med VT2019.
Examinationsinformation gäller från och med VT2019.