Industri

Verdens største fusjonsreaktor vil utnytte solens kraft

Verdens største fusjonsreaktor vil utnytte solens kraft



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Verdens største Tokamak-reaktor [Bildekilde: ITER]

Menneskelig utvikling og vanlig daglig funksjonalitet er i stor grad avhengig av konstant tilgjengelighet av elektrisitet. Nesten alle teknologier som er nye og gamle, er sterkt avhengige av en konstant tilførsel av energi. Som sådan har mennesker et massivt skattemessig krav om mer kraft, kraft som ofte akkumuleres på mindre enn ønskelige måter. Det være seg å forbrenne fossile brensler eller vannkraftverk, alle nåværende kraftgeneratorer beskatter miljøet til en viss grad. Men hva om du kunne avskaffe alle skadelige effekter av dagens kraftproduksjon med en generator som kan produsere en million ganger mer energi enn noen kjemisk reaksjon - og bruke den til å utnytte praktisk talt ubegrenset kraft?

Det virker som en ingeniørfantasi, men svaret kommer direkte over hodet. Fusjonsenergi, energien som driver solen og alle andre stjerner over Comos. Det er sammensmeltingen av to partikler som frigjør en enorm mengde energi til i det vesentlige ubegrensede ender. Hydrogen, det vanligste elementet på jorden og i universet, består av drivstoffforsyningen. Utnyttelse av fusjonsenergi vil gi tilnærmet ubegrenset kraft uten karbonutslipp, og ingen skadelige bivirkninger på miljøet.

Tidlig på 1900-tallet ble det i stor grad anerkjent som potensielt det mest effektive middel til å skaffe energi. Forskerne var imidlertid utrolig naive, forutsatt at det ville være enkelt å generere og høste kraft fra fusjonsgeneratorer. På 1930-tallet gjennomførte fysikere allerede de første eksperimentene i fusjonsgenerering. Det var imidlertid først i 1968 at en stor milepæl ble oppnådd i å produsere de to av de tre kritiske forholdene som var nødvendige for å sette i gang fusjonsprosessen.

Verdens første Tokamak-enhet Russisk T1 Tokamak ved Kurchatov-instituttet i Moskva. Enheten akkumulerer bare 0,4 kubikkmeter plasma, og er 2000 ganger mindre enn verdens største tokamak som er under utvikling, ITER [Bildekilde: ITER]

Enheten som ble brukt i eksperimentet ble utført med entokamak- i det vesentlige et smultringformet apparat som bruker sterke magnetiske felt for å inneholde plasma i temperaturer overgår det av Sol. Tokamak ble en viktig komponent i termonukleær forskning og brukes den dag i dag for å fremme utviklingen av å produsere en levedyktig fusjonsreaktor.

Tokamakene fungerer ved å pumpe en gass inn i et vakuumkammer. Strøm pumpes deretter gjennom midten (hullet på smultringen). Gassen akkumulerer en stor ladning og begynner å varme seg opp, men er begrenset av de intense magnetfeltene som genereres av massive magnetiske spoler som omgir enheten.

Hinder som ennå ikke er oppnådd

Mens teamet utviklet en metode for å tilfredsstille to av betingelsene for å lage en fusjonsreaktor, viste det seg å være uvanlig vanskelig å utvikle en funksjonell modell. Først i 1991 ble den første kontrollerte frigjøringen av fusjonskraft oppnådd. Generatoren krevde imidlertid mange ganger mer strøminngang for at det som ble produsert, et åpenbart dårlig middel og lite levedyktig måte å produsere strøm på.

Fusjonsenergi

For å sette i gang en fusjonsreaksjon, må tre betingelser være oppfylt - det inkluderer: utrolig høye temperaturer (for å stimulere høynergikollisjoner); tilstrekkelig plasmapartikkeltetthet (for å sikre større sannsynlighet for kollisjoner); og en tilstrekkelig tid hvor plasmaet skal begrenses (for å beholde plasmaet, som har en tendens til å ekspandere, i et definert volum).

Først når alle tre komponentene er oppfylt, vil fusjonsprosessen bli startet.

Helt motsatt av en fisjonreaksjon der det kreves og utvises sterkt radioaktivt materiale, har fusjon tilsyn med partikler som smelter sammen som frigjør enorme mengder energi i form av varme, bare krever hydrogen som drivstoff og produserer nesten ikke noe radioaktivt avfall

Reaktorene vil bruke to radioaktive isotoper av hydrogen, deuterium og tritium, for å smelte sammen og skape helium når en kraftig nøytron blir kastet ut, som deretter skyter av for å starte neste reaksjon. I denne metoden kan det opprettes en sløyfemekanisme for å initiere en selvstøtende enhet.

Fusjonsprosess [Bildekilde: Wikipedia]

Det største problemet med å lage en levedyktig fusjonsreaktor er å utvikle en enhet som kan opprettholde det enorme trykket og temperaturene til plasmene som nærmer seg 100 millioner grader - 6 ganger varmere enn jordens kjerne. Mens forskere har oppnådd temperaturer med en tokamak som overstiger like under 50 millioner grader Celsius, eksperimentet varte bare 102 sekunderfør plasmaet kollapset tilbake til sin stabile form. Hittil har det vært helt unnvikende å skape bærekraftige forhold for å produsere og opprettholde en funksjonell fusjonsreaksjon.

For å oppnå kraftproduksjon, må fusjonsforskere oppfylle plasmaenergi-brytpunktet - et punkt der plasmene i en fusjonsanordning utviser minst samme mengde energi som brukes til å starte prosessen. Per i dag er øyeblikket ennå ikke oppnådd. Imidlertid vil den nåværende registrere at energifrigivelser var i stand til å generere70 prosentav inngangseffekten. Rekorden holdes fortsatt av JET.

Nå, men etter nesten 60 år av forskning og utvikling av fusjonsenergi, forbereder ingeniører og forskere sluttfasen av verdens største tokamakreaktor for å initiere og opprettholde ordets første kjernefysiske fisjoneringsgenerator med en positiv effekt av energi. Prosjektet er et internasjonalt samarbeid med sikte på å generere en eksperimentell fusjonsreaktor som sies å være selvbærende - i hovedsak utnytte kraften til en liten stjerne. Prosjektet, ansett som ITER, er for tiden godt i gang.

Hva er ITER

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) er et internasjonalt samarbeid mellom nasjoner i et forsøk på å skape verdens første selvopprettholdende termonukleære reaktor der den overstiger grensepunktet. Generatoren er for tiden under utvikling og lover en revolusjon innen kraftproduksjon i det 21. århundre. Hvis den fungerer som planlagt, vil den generere 500 MW utgangseffekt mens den bare bruker 50 MW input, og omskriver et nytt kapittel i historien som generasjonen som høstet stjernenes kraft.

Spenner over en avstand på 42 hektar, anlegget vil bruke over 5,000 mennesker i topptid med byggetid. Det vil være den største tokamakreaktoren som noensinne er bygget, og måler 8 ganger volumet av den nest største tokamak.

Hvordan virker det?

Det monstrøse apparatet vil være verdens største tokamak, med en plasma-radius (R) på 6,2 m og et plasmavolum på 840 m³. I hjertet av reaktoren forblir de massive magnetiske spolene viklet rundt tokamak, en viktig komponent for å begrense temperaturene som vil nærme seg150 millioner grader C. Som alle andre tokamaks, vil det massive fartøyet lade et gassformet drivstoff som inneholder enorme magnetfelt. Bruk av ekstraordinære mengder elektrisitet vil tvinge gassen til å bryte ned og bli ionisert når elektroner blir fjernet fra kjernene. Plasmas vil da bli dannet.

Plasmapartiklene vil fortsette å få energi når de fortsetter å kollidere i økende intervaller og intensiteter. Auxillery oppvarmingsmetoder vil fremme plasmatemperaturen til fusjonstemperaturen er nådd kl 150 til 300 millioner ° C. Partiklene med høy energi vil være i stand til å overvinne den naturlige elektromagnetiske frastøting, slik at partiklene kan kollidere og lunte, frigjør enorme mengder energi.

Hva vil den gjøre?

Den første milepælen vil være å skape en funksjonell, selvopprettholdende termonuklear reaktor, en verdens første. Bortsett fra den første utviklingen, har ITER satt noen få mål.
1) Produser 500 MW fusjonskraft for pulser på 400 s
ITER har sikte på å produsere 500 MW kraft, en økning 10 ganger fra strøminngangen. Målet er da å opprettholde plasmaet i minst 400 sekunder.

2) Demonstrere integrert drift av teknologier for et fusjonskraftverk
ITER forplikter seg til å bygge bro over gapet mellom eksperimentelle fusjonsenheter og en funksjonell generator, og demonstrere evnene til fusjonskraftverk for fremtiden. Med den enorme enheten vil forskere fremdeles kunne studere plasmene under lignende forhold som forventes å bli funnet i fremtidige fusjonskraftverk.

3) Oppnå et deuterium-tritium-plasma der reaksjonen opprettholdes gjennom intern oppvarming
Ideelt sett, når enheten er slått på, er forskere sikre på at maskinen vil forbli selvbærende, med den eneste strøminngangen som brukes til å drive de massive elektromagnetene.

4) Test tritiumavl
Tritium, en radioaktiv isotop av hydrogen, kan være en viktig komponent i utviklingen av fremtidige kraftverk. Imidlertid, med et avtagende tilbud som allerede er lite etterspurt, må de første generatorene demonstrere muligheten for å produsere tritium for å opprettholde andre reaktorer.

5) Demonstrer sikkerhetsegenskapene til en fusjonsenhet
I 2012 mottok ITER en lisens som kjernefysisk operatør i Frankrike og ble den første i verden som har gjennomgått store mengder undersøkelse knyttet til dets sikkerhet. Et av de primære målene med ITER er å demonstrere plasma og fusjonsreaksjoner vil gi ubetydelige konsekvenser for miljøet.

Fremtiden for / er fusjon

Når mennesker utvikler seg inn i det 21. århundre, blir det lagt vekt på å skape bærekraftige, miljøvennlige. Med vellykkede termonukleære reaktortester som gjør mer og mer vanlige milepæler i fusjonsgenerering, blir det tydelig at kanskje en dag snart vil verden igjen stole på stjernenes kraft, bortsett fra denne gangen, etter eget ønske. Progresjonen og utviklingen av slike reaktorer er fortsatt lovende. Det er bare et spørsmål om tid før stor integrering av funksjonelle fasiliteter utvikles. Uten sjanse for en kjernefysisk nedsmelting, nesten ingen radioaktivt avfall og i det vesentlige ubegrenset tilførsel av energi gir en håpefull fremtid der mennesker vil redusere fotavtrykket som for øyeblikket blir preget på jorden betydelig.

SE OGSÅ: MIT gjør et betydelig gjennombrudd i Nuclear Fusion

Skrevet av Maverick Baker


Se videoen: Konstruksjonsteknikk. Byggingeniør. NTNU i Gjøvik (August 2022).