Kernfusionskraft und Wissenschaft

Ich habe ein ziemlich umfassendes Verständnis der enormen Herausforderungen, die erforderlich sind, um kommerzielle Kernfusionsenergie zu schaffen. Aus diesem Grund bin ich optimistischer, was die Kernspaltung von Salzschmelze betrifft. Ich versuche das in zwei Videos zu erklären. Dies ist jedoch ein komplexes Thema. Ich werde versuchen, dies hier so klar und kurz wie möglich darzulegen.

Wie weit weg in der kommerziellen Kernfusion?

Ich glaube, dass technologische Durchbrüche noch notwendig sind. Die letzten Jahrzehnte der Arbeit an der Kernfusion wurden von den Tokomak-Projekten (ITER, JET und einem südkoreanischen Tokomak und einem chinesischen Tokomak) dominiert. Tokomak halten Kernfusionsplasma in einem ringförmigen Magnetfeld. Es dauert Jahre, bis sich die Projekte zu Versuchen aufbauen, eine Fusion für einige Sekunden zu erzeugen, und die Fusion ist ungefähr 1000-mal von echter Nettoenergie entfernt.

Es gibt viele Möglichkeiten, die Kernfusion zur Energieerzeugung zu entwickeln. Ein einzelner Wert beginnt um uns zu sagen, wie nah ein Fusionsexperiment an der Nettoleistung ist: das Fusionstripelprodukt. Das Tripelprodukt ist das Produkt aus drei Attributen eines Fusionsplasmas:

n die Dichte der Ionen im Plasma (Ionen/Kubikmeter)
T die Temperatur dieser Ionen (keV2)
τE die Energieeinschlusszeit (Sekunden)

Die Fusionsreaktion mit der niedrigsten (auch erreichbaren) Dreifachproduktschwelle ist die Fusion von Deuterium und Tritium (DT), zwei Isotopen von Wasserstoff. Ein Fusionskraftwerk, das mit DT-Brennstoff betrieben wird, hat ein dreifaches Produkt von etwa 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s oder mehr. Es gibt viele weitere Anforderungen an ein wirtschaftlich rentables Kraftwerk aber das dreifache Produkt ist ein minimaler technischer Meilenstein.

Eine schöne Eigenschaft des Dreifachprodukts ist, dass es unabhängig von dem speziellen Schema ist, das zur Erzeugung des Fusionsplasmas verwendet wird, sodass es verwendet werden kann, um die Leistung verschiedener Arten von Fusionsansätzen zu vergleichen. Es ist eine bedeutende Größe in magnetischen Einschlussschemata (Tokamaks, Stellaratoren), Trägheitseinschlussschemata (Laserfusion) und magneto-inertialen Schemata (MagLIF, Kompression von FRCs).

Steven Krivit von NewEnergy Times hat ein 26-seitiges PDF und viele andere Artikel veröffentlicht, die falsche Darstellungen des milliardenschweren Tokomak-Projekts ITER beschreiben.

Das milliardenschwere Reaktorexperiment JET (Joint European Torus) ist seit Jahrzehnten in Betrieb. Ich denke, es waren ungefähr 100 Millionen Euro pro Jahr oder mehr für seine Finanzierung. Im März 2019 unterzeichneten die britische Regierung und die Europäische Kommission eine Vertragsverlängerung für JET. Dies garantierte den JET-Betrieb bis Ende 2024 unabhängig von der Brexit-Situation. Im Dezember 2020 begann ein JET-Upgrade mit Tritium als Teil seines Beitrags zu ITER. Am 21. Dezember 2021 produzierte JET 59 Megajoule unter Verwendung von Deuterium-Tritium-Brennstoff, während es die Fusion während eines Fünf-Sekunden-Impulses aufrechterhielt, und übertraf damit seinen bisherigen Rekord von 21.7 Megajoule mit Q = 0.33, der 1997 aufgestellt wurde. Steven Krivit weist darauf hin, dass es etwa 700 Megawatt dauerte Strom, um die 59 Megajoule in fünf Sekunden zu erzeugen. Q = 0.33 ist 33 % der Energie in und aus dem Plasma. 700 Megawatt, um dies fünf Sekunden lang mit Strom zu versorgen, wären etwa 3.5 Milliarden Joule, um 59 Megajoule aus dem Plasma herauszuholen. Die Wandleistung ist etwa 60-mal geringer und dann müsste die Leistung aus dem Plasma wieder in Strom umgewandelt werden. Das geht an die ehrlicheren Zahlen von LPP Fusion. Fusionskraftexperimente liegen bei einem Tausendstel Prozent des gesamten Stromausgangs im Vergleich zum Stromeingang.

Die Welt hat nur 25 Tonnen Tritium. Es kommt nicht natürlich vor. Ein DT-Fusionsreaktor (Deuterium und Tritium), der ein Gigawatt erzeugt, würde etwa 150 Tonnen Tritium pro Jahr benötigen. Tritium wird derzeit in Schwerwasser-Kernspaltungsreaktoren von CANDU (Kanada) produziert.

Die DT-Fusionsreaktorpläne müssen sich mit der Züchtung von viel Tritium befassen. Das bedeutet, viele billige Neutronen zu erzeugen, um Lithium effizient in Tritium umzuwandeln. Das ist, als würde man sagen, wir hätten einen Kernspaltungsplan, um reichlich Plutonium herzustellen. Plutonium kommt in der Natur nicht vor, aber Sie können es herstellen, indem Sie Uran 238 mit Neutronen reagieren lassen. Uran 238 besteht zu 94 % aus dem, was man Atommüll nennt. Uran 238 besteht zu etwa 99.3 % aus natürlich vorkommendem Uran und zu 97 % aus aktuellen frischen Kernbrennstäben.

Ein Land, das viele billige Neutronen erzeugen kann, um viel Tritium zu züchten, würde bedeuten, dass dieses Land auch viel Plutonium züchten könnte. Jedes Land, das viel Plutonium züchten kann, kann viele Kernspaltungsbomben herstellen.

Ich bin damit eigentlich relativ einverstanden, weil ich denke, dass Kernspaltungsbomben veraltet sein werden. Die Welt wird zu viel besserer Technologie im Weltraum und in der Energie voranschreiten, dann wird die Zerstörungskraft von Spaltbomben nicht militärstrategisch sein und militärisch an Bedeutung verlieren. Das soll nicht heißen, dass die Verbreitung gefördert werden sollte. Es sollten Schritte unternommen werden, um nicht dumm zu sein, aber eine Welt mit der Beherrschung der Atomkraft für Energie- und Weltraumantriebe bedeutet eine Welt, in der Atomwaffen relativ trivial sind. Sie werden wie Molotow-Cocktails werden.

Die erfolgreiche Entwicklung der Kernfusion zur Energiegewinnung muss über all dieses kleine Niveau der derzeit erzeugten Energie im Verhältnis zur verbrauchten Energie hinausgehen und dies wirtschaftlich tun. Die Tokomak-Projekte müssen diese positive Nettoleistung implizit erzeugen, während sie Plasma über Jahre statt Sekunden halten. Ich mag Kernfusionsprojekte, die kein Plasma enthalten sollen. Diese Projekte verwenden gepulste Energie. Sie schaffen kurzzeitig (winzige Bruchteile von Sekunden) Fusionsbedingungen und versuchen, enorme Mengen an Energie zu bekommen und die Energie herauszuholen, ohne eine Turbine zu verwenden. Die Verwendung einer Turbine bedeutet, die Fusion aufrechtzuerhalten, wie es jetzt Kernspaltungsanlagen tun, die wie Kohlekraftwerke arbeiten. Turbinen arbeiten mit einer großen Menge anhaltender Wärme. Denken Sie an massive eingedämmte Kohlebrände.

LPP Fusion ist ein kleines Unternehmen, das versucht, eine fortgeschrittene Kernfusion zu erreichen, die nur über wenige Millionen Dollar verfügt. Allerdings sind sie in Bezug auf den Prozentsatz der zugeführten Leistung im Verhältnis zur abgegebenen Leistung dem großen JET (Joint European Torus) sehr nahe. LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE versuchen, Formen der gepulsten Fusion anzustreben. Siehe das obere Bild in diesem Artikel. Die Highlights des LPP Fusion-Plans sind unten aufgeführt.

Ich bevorzuge auch Projekte für fortgeschrittene Fusionsreaktionen. 1 Milliarde Grad statt 100 Millionen Grad.

Hier ist mein Tabellenbild zur Verfolgung des Kernfusionsprojekts.

Hier sind einige Folien von LPP Fusion.