Zukünftige Fusionsreaktionen im Tokamak könnten viel mehr Energie erzeugen als bisher angenommen, dank bahnbrechender neuer Forschung, die herausfand, dass das Grundgesetz solcher Reaktoren falsch war.
Die von Physikern des Swiss Plasma Center an der École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EFPL) geleitete Forschung ergab, dass die maximale Dichte von Wasserstoffbrennstoffen etwa doppelt so hoch ist wie die „Greenwald-Grenze“ – eine Schätzung, die aus Experimenten vor mehr als 30 Jahren abgeleitet wurde.
Die Entdeckung, dass Fusionsreaktoren tatsächlich bei Wasserstoffplasmadichten betrieben werden können, die weit über der von Greenwald entworfenen Grenze liegen, wird den Betrieb des massiven ITER-Tokamaks, der in Südfrankreich gebaut wird, beeinflussen und wird die Konstruktionen der ITER-Nachfolger, genannt ITER-Nachfolger, stark beeinflussen Physiker Paolo Ricci, sagte Am Swiss Plasma Center befinden sich die experimentellen Kraftwerksfusionsreaktoren (DEMO).
“Der genaue Wert hängt von der Stärke ab”, sagte Ritchie gegenüber WordsSideKick.com. “Aber als grobe Schätzung liegt der Anstieg bei ITER innerhalb eines Faktors von zwei.”
Ritchie ist einer der Pioniere des Forschungsprojekts, das theoretische Arbeit mit den Ergebnissen von fast einem Jahr Experimenten an drei verschiedenen Fusionsreaktoren in ganz Europa kombinierte – EPFLs Tokamak à Configuration Variable (TCV (Öffnet in einem neuen Tab)), der gemeinsame europäische Ring (Jet (Öffnet in einem neuen Tab)) in Culham, UK und das symmetrische Axial-Shunt-Experiment (ASDEX (Öffnet in einem neuen Tab)Rüsten Sie Ihren Tokamak am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching, Deutschland, auf.
Er ist auch einer der Hauptautoren einer Studie über die Entdeckung, die am 6. Mai in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Briefe zur körperlichen Überprüfung (Öffnet in einem neuen Tab).
Futuristische Verschmelzung
Der Donut-förmige Tokamak ist eines der vielversprechendsten Designs für Kernfusionsreaktoren, die eines Tages zur Stromerzeugung für Stromnetze verwendet werden könnten.
Wissenschaftler arbeiten seit mehr als 50 Jahren daran, kontrollierte Fusion Wirklichkeit werden zu lassen. Im Gegensatz zur Kernspaltung, bei der Energie durch den Abbau sehr großer Atomkerne erzeugt wird, kann die Kernfusion mehr Energie erzeugen, indem sehr kleine Kerne miteinander verbunden werden.
Der Fusionsprozess erzeugt viel weniger radioaktiven Abfall als die Spaltung, und es ist relativ einfach, den neutronenreichen Wasserstoff zu erhalten, den er als Brennstoff verwendet.
Gleiche Prozesssternkräfte wie Die Sonne, weshalb die kontrollierte Fusion mit einem “Stern im Glas” verglichen wurde; Aber weil der extrem hohe Druck im Kern des Sterns nicht möglich ist Landbenötigen Fusionsreaktionen hier höhere Temperaturen als die Sonne, um zu funktionieren.
Das Temperatur im TCV-Tokamakkönnte beispielsweise mehr als 120 Millionen Grad Celsius (216 Millionen Grad Fahrenheit) betragen – ungefähr das Zehnfache der Temperatur des Fusionskerns der Sonne, die etwa 15 Millionen Grad Celsius (27 Millionen Grad Fahrenheit) beträgt.
Viele Fusionsenergieprojekte befinden sich inzwischen in einem fortgeschrittenen Stadium, glauben einige Forscher Der erste Tokamak, der Strom für das Netz erzeugt, könnte bis 2030 in Betrieb gehenberichtete Live Science zuvor.
Mehr als 30 Regierungen auf der ganzen Welt finanzieren auch den ITER-Tokamak („Iter“ bedeutet auf Lateinisch „Weg“), der 2025 sein erstes experimentelles Plasma produzieren soll.
ITER ist jedoch nicht darauf ausgelegt, Strom zu erzeugen; Aber der ITER-basierte Tokamak, der DEMO-Reaktoren heißen wird, wird jetzt entworfen und könnte bis 2051 betriebsbereit sein.
Plasmaprobleme
Im Mittelpunkt der neuen Berechnungen steht die Greenwald-Grenze, benannt nach dem MIT-Physiker Martin Greenwald, der die Grenze 1988 definierte.
Die Forscher versuchten herauszufinden, warum ihre Fusionsplasmen praktisch unkontrollierbar wurden (dehnten sich über die Magnetfelder hinaus, die sie in der Tokamak-Kammer enthielten), wenn sie die Dichte des Brennstoffs nach einem bestimmten Punkt erhöhten, und Greenwald leitete eine experimentelle Grenze ab, die auf einer kleinen beruhte Tokamak-Radius (die Größe des inneren Kreises eines Donuts) und die Menge des elektrischen Stroms, der durch das Plasma fließt.
Ritchie sagte, obwohl Wissenschaftler seit langem vermuten, dass die Greenwald-Grenze verbessert werden kann, ist sie seit mehr als 30 Jahren ein Fundament der Fusionsforschung. Beispielsweise ist es ein Leitprinzip für das Design von ITER.
Die neueste Studie erweitert jedoch sowohl die Experimente als auch die Theorie, die Greenwald verwendet hat, um seine Grenze abzuleiten, was zu einer viel höheren Brennstoffdichtegrenze führte, die die Kapazität von ITER erhöhen und die Konstruktionen der folgenden Versuchsreaktoren beeinflussen würde, sagte er.
Der Schlüssel, sagte er, sei die Entdeckung, dass Plasmen eine größere Brennstoffdichte aufrechterhalten und gleichzeitig die Energieproduktion einer Fusionsreaktion erhöhen könnten.
Es ist noch nicht möglich zu sagen, wie sich diese signifikante Erhöhung der Brennstoffdichte auf die Stromerzeugung des Tokamaks auswirken wird, sagte Ritchie, aber es ist wahrscheinlich signifikant; Die Forschung zeigt, dass eine Erhöhung der Brennstoffdichte den Betrieb von Fusionsreaktoren erleichtern wird.
„Es erleichtert das Erreichen sicherer und nachhaltiger Bedingungen für die Integration“, sagte er. “Es erlaubt Ihnen, in das gewünschte System zu gelangen, damit der Fusionsreaktor richtig funktionieren kann.”
Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.