Ik heb een vrij uitgebreid begrip van de enorme uitdagingen die nodig zijn om commerciële kernfusie-energie te creëren. Daarom ben ik optimistischer over kernsplijting van gesmolten zout. Ik probeer dit uit te leggen in twee video's. Dit is echter een complex onderwerp. Ik zal proberen dit hier zo duidelijk en beknopt mogelijk weer te geven.
Hoe ver weg in commerciële kernfusie?
Ik denk dat technologische doorbraken nog steeds nodig zijn. Het werk aan kernfusie van de afgelopen decennia werd gedomineerd door de Tokomak-projecten (ITER, JET en een Zuid-Koreaans Tokomak en een Chinees Tokomak). Tokomak houdt kernfusieplasma vast in een magnetisch veld in de vorm van een donut. Het duurt jaren voordat de projecten zijn opgebouwd tot pogingen om gedurende enkele seconden fusie tot stand te brengen en de fusie is ongeveer 1000X keer verwijderd van echte netto-energie.
Er zijn veel manieren om te proberen kernfusie te ontwikkelen om energie op te wekken. Een enkele waarde starts om ons te vertellen hoe dicht een fusie-experiment bij nettovermogen is: het drievoudige fusieproduct. Het drievoudige product is het product van drie kenmerken van een fusieplasma:
n de dichtheid van ionen in het plasma (ionen/kubieke meter)
T de temperatuur van die ionen (keV2)
τE de energie-opsluitingstijd (seconden)
De fusiereactie met de laagste (ook wel meest haalbare) drievoudige productdrempel is de fusie van deuterium en tritium (DT), twee isotopen van waterstof. Een fusiecentrale die op DT-brandstof draait, heeft een drievoudig product van ongeveer 5 × 10 ^ 21 m-3 keV s of meer. Er zijn vele andere vereisten voor een commercieel levensvatbare energiecentrale maar het drievoudige product is een minimale technische mijlpaal.
Een mooie eigenschap van het drievoudige product is dat het onafhankelijk is van het specifieke schema dat is gebruikt om het fusieplasma te maken, zodat het kan worden gebruikt om de prestaties van verschillende soorten fusiebenaderingen te vergelijken. Het is een betekenisvolle hoeveelheid in magnetische opsluitingsschema's (tokamaks, stellarators), traagheidsopsluitingsschema's (laserfusie) en magneto-inertiële schema's (MagLIF, compressie van FRC's).
Het miljarden JET-reactorexperiment (Joint European Torus) is al tientallen jaren actief. Ik denk dat het ongeveer 100 miljoen euro per jaar of meer was voor de financiering ervan. In maart 2019 ondertekenden de Britse regering en de Europese Commissie een contractverlenging voor JET. Dit garandeerde JET-operaties tot eind 2024, ongeacht de Brexit-situatie. In december 2020 begon een JET-upgrade met gebruik van tritium, als onderdeel van zijn bijdrage aan ITER. Op 21 december 2021 produceerde JET 59 megajoules met behulp van deuterium-tritiumbrandstof terwijl het fusie in stand hield gedurende een puls van vijf seconden, waarmee het zijn vorige record van 21.7 megajoules met Q = 0.33 overtrof, uit 1997. Steven Krivit wijst erop dat er ongeveer 700 megawatt aan energie nodig was. elektriciteit om de 59 megajoule in vijf seconden te produceren. De Q = 0.33 is 33% van de energie in en uit het plasma. 700 megawatt om dit vijf seconden van stroom te voorzien, zou ongeveer 3.5 miljard joule zijn om 59 megajoule uit het plasma te halen. Het muurvermogen is ongeveer 60 keer minder en dan zou de stroom uit het plasma weer moeten worden omgezet in elektriciteit. Dit gaat naar de meer eerlijke cijfers van LPP fusion. Fusie-energie-experimenten zijn op een duizendste van een procent in totale elektriciteit uit versus elektriciteit in.
De wereld heeft slechts 25 ton Tritium. Het komt niet van nature voor. Een DT-fusiereactor (deuterium en tritium) die een gigawatt genereert, zou ongeveer 150 ton tritium per jaar nodig hebben. Tritium wordt momenteel geproduceerd in door CANDU (Canadese) gemaakte kernsplijtingsreactoren voor zwaar water.
De plannen van de DT-fusiereactor moeten gericht zijn op de veredeling van veel Tritium. Dit betekent het genereren van veel goedkope neutronen om lithium efficiënt om te zetten in Tritium. Dit is hetzelfde als zeggen dat we een kernsplijtingsplan zouden hebben om overvloedige hoeveelheden plutonium te maken. Plutonium komt niet in de natuur voor, maar je kunt het maken door uranium 238 te laten reageren met neutronen. Uranium 238 is 94% van wat mensen nucleair afval noemen. Uranium 238 is ongeveer 99.3% van het natuurlijk voorkomende uranium en 97% van de huidige verse splijtstofstaven.
Een land dat veel goedkope neutronen kan produceren om veel Tritium te kweken, zou betekenen dat dat land ook veel Plutonium zou kunnen kweken. Elk land dat veel plutonium kan kweken, kan veel kernsplijtingsbommen maken.
Ik ben hier eigenlijk redelijk mee akkoord omdat ik denk dat kernsplijtingsbommen verouderd zullen raken. De wereld zal evolueren naar een veel betere technologie in ruimte en energie, dan zal de destructiviteit van splijtingsbommen niet militair-strategisch zijn en militair minder belangrijk worden. Dit wil niet zeggen dat proliferatie moet worden aangemoedigd. Er moeten stappen worden ondernomen om niet dom te zijn, maar een wereld met beheersing van kernenergie voor energie en ruimtevaart zal een wereld betekenen waar kernwapens relatief triviaal zijn. Ze zullen worden als molotovcocktails.
Het succesvol ontwikkelen van kernfusie voor energie moet verder gaan dan al dit kleine niveau van de huidige opgewekte stroom in verhouding tot de gebruikte stroom en dit op een economische manier doen. De Tokomak-projecten moeten dit netto positieve vermogen impliciet genereren terwijl ze plasma jarenlang in plaats van seconden vasthouden. Ik hou van kernfusieprojecten die van plan zijn geen plasma vast te houden. Die projecten gebruiken gepulseerde stroom. Ze creëren kortstondig (kleine fracties van een seconde) fusiecondities en proberen enorme hoeveelheden stroom te krijgen en de stroom eruit te halen zonder een turbine te gebruiken. Het gebruik van een turbine betekent het in stand houden van fusie zoals kernsplijtingscentrales die nu werken als kolencentrales. Turbines werken met een grote hoeveelheid aanhoudende warmte. Denk aan enorme kolenbranden.
LPP Fusion is een klein bedrijf dat probeert te komen tot geavanceerde kernfusie en dat slechts een paar miljoen dollar aan financiering heeft gekregen. Echter, het percentage vermogen in tot het percentage vermogen uit, ze liggen heel dicht bij de grote JET (Joint European Torus). LPP Fusion, Helion Energy, HB11 Fusion, TAE proberen te gaan voor vormen van gepulseerde fusie. Zie de bovenste afbeelding in dit artikel. De hoogtepunten van het LPP Fusion-plan staan hieronder.
Ik geef ook de voorkeur aan projecten voor geavanceerde fusiereacties. 1 miljard graden in plaats van 100 miljoen graden.
Hier is mijn kernfusieproject met spreadsheetafbeelding.
Hier zijn enkele dia's van LPP Fusion.
Brian Wang is een Futurist Thought Leader en een populaire wetenschapsblogger met 1 miljoen lezers per maand. Zijn blog Nextbigfuture.com is gerangschikt #1 Science News Blog. Het behandelt veel disruptieve technologie en trends, waaronder ruimtevaart, robotica, kunstmatige intelligentie, medicijnen, anti-verouderingsbiotechnologie en nanotechnologie.
Hij staat bekend om het identificeren van geavanceerde technologieën en is momenteel mede-oprichter van een startup en fondsenwerver voor bedrijven met een hoog potentieel in een vroeg stadium. Hij is het hoofd van Research for Allocations voor diepe technologie-investeringen en een Angel Investor bij Space Angels.
Hij is een veelgevraagd spreker bij bedrijven, hij is een TEDx-spreker, een Singularity University-spreker en gast bij talloze interviews voor radio en podcasts. Hij staat open voor spreek- en adviesopdrachten.
