An d'Fusioun?
Inhalt
Berichter um Enn vum leschte Joer iwwer de Bau vun engem Reaktor fir Synthese vu chinesesche Spezialisten kléngt sensationell (1). China Staatsmedien hunn gemellt datt d'HL-2M Ariichtung, déi an engem Fuerschungszentrum zu Chengdu läit, am Joer 2020 operationell wäert sinn. Den Toun vun de Medieberichter huet uginn datt d'Fro vum Zougang zu der onendlecher Energie vun der thermonuklearer Fusioun fir ëmmer geléist gouf.
E méi genau kucken op d'Detailer hëlleft den Optimismus ze killen.
nei Tokamak Typ Apparat, mat engem méi fortgeschratt Design wéi déi bis elo bekannt, soll Plasma mat Temperaturen iwwer 200 Millioune Grad Celsius generéieren. Dëst gouf an enger Pressematdeelung vum Chef vum Southwestern Institute of Physics vun der China National Nuclear Corporation Duan Xiuru ugekënnegt. Den Apparat gëtt technesch Ënnerstëtzung fir d'Chinesen déi um Projet schaffen International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER)souwéi Bau.
Also ech mengen et ass nach keng Energierevolutioun, obwuel se vun de Chinesen geschaf gouf. Reakter KhL-2M bis elo wéineg bekannt. Mir wëssen net wat de projizéierten thermesche Output vun dësem Reaktor ass oder wéi eng Energieniveauen gebraucht ginn fir eng Nuklearfusiounsreaktioun dran ze maachen. Mir wëssen net dat Wichtegst - ass de chinesesche Fusiounsreaktor en Design mat engem positiven Energiebalance, oder ass et just en aneren experimentellen Fusiounsreaktor, deen eng Fusiounsreaktioun erlaabt, awer gläichzäiteg méi Energie fir "Zündung" brauch wéi de Energie, déi als Resultat vu Reaktiounen kritt ka ginn.
International Effort
China, zesumme mat der Europäescher Unioun, den USA, Indien, Japan, Südkorea a Russland, si Member vum ITER Programm. Dëst ass déi deierste vun den aktuellen internationale Fuerschungsprojeten, déi vun den uewe genannte Länner finanzéiert ginn, a kascht ongeféier US $ 20 Milliarde. Et gouf opgemaach als Resultat vun Zesummenaarbecht tëscht de Regierunge vum Mikhail Gorbatschow a Ronald Reagan während der Kale Krich Ära, a vill Joer méi spéit gouf an engem Vertrag abegraff, dee vun all dëse Länner am Joer 2006 ënnerschriwwe gouf.
2. Um Chantier vum ITER tokamak
Den ITER-Projet zu Cadarache a Südfrankräich (2) entwéckelt de weltgréissten Tokamak, dat heescht eng Plasmakammer, déi mat engem mächtege Magnéitfeld, deen duerch Elektromagnete generéiert gëtt, getämt muss ginn. Dës Erfindung gouf vun der Sowjetunioun an de 50er an 60er entwéckelt. Chef vum Projet, Lavan Koblenz, ugekënnegt datt d'Organisatioun den "éischte Plasma" bis Dezember 2025 kréien soll. ITER soll all Kéier eng thermonuklear Reaktioun fir ongeféier 1 dausend Leit ënnerstëtzen. Sekonnen, Kraaft gewannen 500-1100 MW. Zum Verglach, de gréisste briteschen Tokamak bis elo, JET (gemeinsam europäesch Torus), hält eng Reaktioun fir e puer Zénger vu Sekonnen a Gewënn Kraaft bis zu 16 MW. D'Energie an dësem Reakter gëtt a Form vun Hëtzt verëffentlecht - et soll net an Elektrizitéit ëmgewandelt ginn. D'Fusiounskraaft an d'Gitter ze liwweren ass aus der Fro well de Projet nëmme fir Fuerschungszwecker ass. Et ass nëmmen op Basis vun ITER datt déi zukünfteg Generatioun vun thermonukleare Reaktoren gebaut gëtt, déi d'Muecht erreechen 3-4 dausend MW.
Den Haaptgrond firwat normal Fusiounskraaftwierker nach ëmmer net existéieren (trotz iwwer siechzeg Joer extensiv an deier Fuerschung) ass d'Schwieregkeet d'Behuele vum Plasma ze kontrolléieren an ze "verwalten". Wéi och ëmmer, Joer vun Experimenter hunn vill wäertvoll Entdeckungen erginn, an haut schéngt d'Fusiounsenergie méi no wéi jee.
Add Helium-3, réieren an Hëtzt
ITER ass den Haaptfokus vun der globaler Fusiounsforschung, awer vill Fuerschungszentren, Firmen a Militärlaboratoiren schaffen och un aner Fusiounsprojeten, déi vun der klassescher Approche ofwäichen.
Zum Beispill, duerchgefouert an de leschte Joren op vum Massachusetts Institute of Technology Experimenter mat Helm-3 op der tokamak huet spannend Resultater, dorënner Zéngfach Erhéijung vun der Energie Plasma Ion. Wëssenschaftler, déi Experimenter op der C-Mod Tokamak am Massachusetts Institute of Technology maachen, zesumme mat Spezialisten aus der Belsch a Groussbritannien, hunn eng nei Zort thermonukleare Brennstoff entwéckelt, deen dräi Zorte vun Ionen enthält. Equipe Alcatel C-Mod (3) eng Etude zréck am September 2016 gemaach, awer d'Donnéeën vun dësen Experimenter sinn eréischt viru kuerzem analyséiert ginn, wat eng enorm Erhéijung vun der Plasma-Energie weist. D'Resultater ware sou encouragéierend datt d'Wëssenschaftler de weltgréisste Betribsfusiounslaboratoire, JET a Groussbritannien lafen, decidéiert hunn d'Experimenter ze widderhuelen. Déi selwecht Erhéijung vun der Energie gouf erreecht. D'Resultater vun der Studie ginn an der Zäitschrëft Nature Physics publizéiert.
3. Tokamak Alcator C-Mod an Operatioun
De Schlëssel fir d'Erhéigung vun der Effizienz vum Atomkraaftstoff war d'Zousatz vun Spuermengen Helium-3, e stabile Isotop vun Helium, mat engem Neutron anstatt zwee. Den nukleare Brennstoff, deen an der Alcator C Method benotzt gouf, huet virdru nëmmen zwou Zorte vun Ionen enthalen, Deuterium a Waasserstoff. Deuterium, e stabile Isotop vu Waasserstoff mat engem Neutron a sengem Kär (am Géigesaz zum Waasserstoff ouni Neutronen), mécht ongeféier 95% vum Brennstoff aus. Wëssenschaftler am Plasma Research Center an dem Massachusetts Institute of Technology (PSFC) hunn e Prozess genannt RF Heizung. D'Antennen nieft dem Tokamak benotzen eng spezifesch Radiofrequenz fir d'Partikelen z'exitéieren, an d'Wellen si kalibréiert fir d'Waasserstoffionen ze "zielen". Well Waasserstoff eng kleng Fraktioun vun der Gesamtdicht vum Brennstoff ausmécht, konzentréiert nëmmen e klenge Fraktioun vun den Ionen op d'Heizung extrem Energieniveauen z'erreechen. Weider ginn déi stimuléiert Waasserstoffionen un d'Deuterium-Ionen, déi an der Mëschung herrscht, an d'Partikelen, déi op dës Manéier geformt sinn, ginn an d'äusseren Schuel vum Reakter an entlooss Hëtzt.
D'Effizienz vun dësem Prozess erhéicht wann Helium-3 Ionen an d'Mëschung an enger Quantitéit vu manner wéi 1% bäigefüügt ginn. Duerch d'Konzentratioun vun all Radioheizung op eng kleng Quantitéit Helium-3 hunn d'Wëssenschaftler d'Energie vun den Ionen op Megaelektronvolt (MeV) erhéicht.
Éischt kommen - éischt zerwéiert Equivalent op Russesch: Iessen spéit Gaascht a Schanken
Et goufe vill Entwécklungen an der Welt vun der kontrolléierter Fusiounsaarbecht an de leschte Joren, déi d'Hoffnungen vun de Wëssenschaftler an all vun eis erëm opgeriicht hunn fir endlech den "Hellege Graal" vun der Energie z'erreechen.
Gutt Signaler enthalen ënner anerem Entdeckungen vum Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) vum US Department of Energy (DOE). Radiowellen si mat groussem Erfolleg benotzt ginn, fir déi sougenannte Plasma Stéierungen däitlech ze reduzéieren, déi entscheedend kënne sinn am Prozess vun der "Verkleedung" vun thermonukleare Reaktiounen. Datselwecht Fuerschungsteam am Mäerz 2019 huet e Lithium Tokamak Experiment gemellt, an deem d'Bannenmauere vum Testreaktor mat Lithium beschichtet goufen, e Material bekannt aus Batterien, déi allgemeng an der Elektronik benotzt ginn. D'Wëssenschaftler bemierken datt d'Lithiumfaart op de Maueren vum Reaktor verspreet Plasma-Partikelen absorbéiert, verhënnert datt se zréck an d'Plasmawollek reflektéiert ginn a mat thermonukleare Reaktiounen stéieren.
4. Visualiséierung vum TAE Technologies Projet
Geléiert vu grousse renomméierten wëssenschaftlechen Institutiounen sinn souguer virsiichteg Optimisten an hiren Aussoen ginn. Viru kuerzem ass et och eng grouss Erhéijung vum Interessi u kontrolléierter Fusiounstechniken am Privatsecteur ginn. Am 2018 huet de Lockheed Martin e Plang ugekënnegt fir e kompakt Fusiounsreaktor (CFR) Prototyp an der nächster Dekade z'entwéckelen. Wann d'Technologie un där d'Firma schafft funktionnéiert, kann e Camion-Gréisst Apparat genuch Stroum ubidden fir d'Bedierfnesser vun engem 100 Quadratmeter Apparat z'erreechen. Stadbewunner.
Aner Firmen a Fuerschungszentren konkurréiere fir ze kucken wien den éischte richtege Fusiounsreaktor bauen kann, dorënner TAE Technologies an de Massachusetts Institute of Technology. Och den Amazon Jeff Bezos an de Bill Gates vu Microsoft hu sech viru kuerzem u Fusiounsprojeten involvéiert. NBC News huet viru kuerzem siwwenzéng kleng Fusioun-nëmme Firmen an den USA gezielt. Startups wéi General Fusion oder Commonwealth Fusion Systems konzentréiere sech op méi kleng Reaktoren op Basis vun innovative Superleitungen.
D'Konzept vun "kal Fusioun" an Alternativen zu grouss Reakteren, net nëmmen Tokamaks, mä och de sougenannte. Stärebiller, mat engem liicht anescht Design, gebaut och an Däitschland. D'Sich no enger anerer Approche geet och weider. E Beispill vun dësem ass en Apparat genannt Z-Knäppchen, gebaut vu Wëssenschaftler vun der University of Washington a beschriwwen an enger vun de leschten Ausgaben vun der Zäitschrëft Physics World. D'Z-Pinch funktionnéiert andeems de Plasma an engem mächtege Magnéitfeld fällt an kompriméiert. Am Experiment war et méiglech de Plasma fir 16 Mikrosekonnen ze stabiliséieren, an d'Fusiounsreaktioun ass ongeféier en Drëttel vun dëser Zäit weidergaang. D'Demonstratioun sollt weisen datt kleng Synthese méiglech ass, obwuel vill Wëssenschaftler nach ëmmer eescht Zweifel doriwwer hunn.
Am Tour, dank der Ënnerstëtzung vu Google an aner fortgeschratt Technologie Investisseuren, benotzt d'kalifornesch Firma TAE Technologies eng aner, wéi typesch fir Fusiounsexperimenter, Bor Brennstoff Mëschung, déi benotzt gi fir méi kleng a méi bëlleg Reaktoren z'entwéckelen, ufanks fir den Zweck vum sougenannte Fusiounsrakéitemotor. E Prototyp zylindresche Fusiounsreaktor (4) mat Konterstrahlen (CBFR), déi Waasserstoffgas erhëtzt fir zwee Plasma Réng ze bilden. Si kombinéieren mat Bündel vun Inertpartikelen a ginn an esou engem Zoustand gehaalen, wat d'Energie an d'Haltbarkeet vum Plasma erhéijen soll.
Eng aner Fusioun Startup General Fusion aus der kanadescher Provënz British Columbia genéisst d'Ënnerstëtzung vum Jeff Bezos selwer. Einfach gesot, säi Konzept ass waarm Plasma an e Kugel vu flëssege Metall (eng Mëschung aus Lithium a Bläi) an engem Stahlkugel ze sprëtzen, duerno gëtt de Plasma duerch Kolben kompriméiert, ähnlech wéi en Dieselmotor. Den entstanen Drock soll zu enger Fusioun féieren, déi eng enorm Quantitéit un Energie fräiginn fir d'Turbine vun enger neier Zort Kraaftwierk ze dréinen. De Mike Delage, Chef Technologie Offizéier bei General Fusion, seet datt kommerziell Nuklearfusioun an zéng Joer kéint debutéieren.
5. Illustratioun vun engem US Navy thermonuclear Brevet.
Viru kuerzem huet d'US Navy och e Patent fir e "Plasmafusiounsapparat" ofginn. De Patent schwätzt iwwer Magnéitfelder fir "beschleunegt Schwéngung" ze kreéieren (5). D'Iddi ass Fusiounsreaktoren ze bauen déi kleng genuch sinn fir portabel ze sinn. Et ass onnéideg ze soen, datt dës Patentanwendung mat Skepsis getraff gouf.
