Andererseits wurden die letzten 60 Jahre primär dazu verwendet das Tokamak Prinzip weiter zu verfolgen, es gab schon auch andere Konzepte, aber die liefen nur so am Rande. Ganz simpel betrachtet, ist eine Fusion dies; es muss folgendes Kriterium erfüllt werden
Das Produkt aus Plasmatemperatur, Teilchendichte und Einschlusszeit muss grösser sein als die Konstante rechts. Mit diesen drei Werten kann man ein bischen spielen, höhere Temperatur aber geringere Teilchendichte. Teilchendichte ist ansich auch Druck, umso höher der Druck desto höhere ist die Dichte..einfach mathematisch, aber die Bedingungen sind enorm hoch.
Man errechnete sich, wo die real erreichbare Temperaturlimite in einem Tokamak so läge. Aufgeheizt wird mit Mikrowellen und durch Stromzufuhr/Induktion, das Plasma kann dadurch auf über 100 Millionen Grad erhitzt werden. Das sollte ausreichen, für eine DT-Fusion. Hier denke ich wird ITER die Temperatur auch packen (muss), zumal es sich gut berechnen lässt.
Nun mit der bekannten Temperatur werden die Spulen Dimensioniert. 100 oder 150 Millionen Grad hört sich nach viel an, ist es aber nicht sonderlich für eine Fusion.
Die Sonne hat zwar nur rund 10 Millionen, aber macht es durch die starke Kompression (Graviation) und zudem durch die riesige Mengen an Atomen. Nebst dem Lawsen Kriterium spielt auch die Quantenmechanik eine Rolle; es ist nämlich möglich, dass Teilchen fusionieren obwohl das ansich rein rechnerisch nicht fusionieren dürfen..der Tunnelingeffekt, das aber nur am Rande.
Nachdem die erreichbare Temperatur bekannt ist, wird das Elektromagentische Feld dimensioniert. Daraus ergibt sich die Grösse der Spulen. Diese müssen riesig sein, denn um die notwendige Teilchendichte zu erreichen u.a. aus der Spulengrösse ergibt sich auch die Torusgrösse.
Da letztens Nettoenergie dabei rauskommen soll, die Verluste minimiert werden müssen, durch die Spulen ein Strom fliesst der teils in wärme verloren geht, müssen Supraleitende Spulen her, also muss auch eine Kühlung verwendet werden, weil es keine supraleiter auf Zimmertemperatur gibt. Das verursacht erhöhte Kosten, für Erstinvestion als auch für einen Unterhalt.
Iter hat drei verschiedene Spulen. Die grossen Ringe, im Kern eine riesige und aussen rum um den Torus eine. Letztere soll das Plasma stabilisieren, falls es ausbricht. Womit wir auch gleich beim Problematischsten Punkt eines Tokomaks angelangt sind
Dem kontrollieren des Plasmaflusses. Man stelle sich vor dass das Plasma im Torus zirkuliert, es ist ein Gas das in alle ecken und enden ausbrechen will, Parameter die sich ändern können, auch bei einer sehr geringen Änderung, kommt die Fusion zum erliegen.
Ein bisher noch nicht gelöstest Problem, das ich noch nicht angesprochen habe. Die Sache mit der Indusktion. Wikipedia steht u.a. dies:
Als Primärwicklung wirkt eine zentrale „Poloidal“-Feldspule im Torus-Zentrum, ergänzt durch weitere, koaxial mit dem Torus gelegene Ringspulen. Dieses Verfahren, den Plasmastrom durch elektrische Induktion zu erzeugen, kann allerdings wie bei jedem Transformator keinen Dauerstrom liefern, da man den Primärstrom nicht ständig steigern kann, der Transformatorhub also begrenzt ist. Von Zeit zu Zeit muss der Primärstrom abgeschaltet werden, der Plasmaeinschluss geht während der Pause verloren, die Kernfusion setzt aus und muss danach neu „gezündet“ werden. Ein solcher Tokamak arbeitet also nicht kontinuierlich, sondern gepulst. Für große Tokamaks wie ITER rechnet man mit Pulsdauern der Größenordnung 15 Minuten. Der Pulsbetrieb wäre für Leistungsreaktoren nur eine Notlösung, denn die großen Kräfte, die die Feldspulen aufeinander ausüben, würden dabei als Wechsellasten auftreten, die Strukturteile also besonders stark beanspruchen.
Deshalb wird an anderen Techniken zum Erzeugen und Aufrechterhalten des Plasmastroms geforscht. In Frage kommen vor allem die Neutralteilcheninjektion, die unten bei den Plasma-Heizmethoden erwähnt wird, sowie die Einstrahlung elektromagnetischer Wellen der sog. unteren Hybridfrequenz.[3] Man hofft, mit diesen zusätzlichen Stromtriebmethoden einen Dauerbetrieb von Tokamak-Kraftwerksreaktoren zu erreichen.
Ein und auschalten ist kaum eine Lösung, man "hofft" eine Lösung zu finden, bleibt nur zu hoffen dass dies auch gelingt.
Zurück zu den Fusionsbedingungen; wie sie erreicht werden, da ist nichts vorgegeben. Die frage ist doch, was hat das Potenzial diese "Drücke" und Temperaturen zu erreichen?
Interessant ist der Pinch-Effekt. Elektrische Energie lässt sich im Prinzip fast unendlich bündeln, somit Temperatur steigern und dabei entstehen Magnetfelder die Primör gegen innen gerichtet sind. Iter nutzt den Pinch Effekt auch, aber nicht primär.
Da Plasma Strom leitet, kann es damit komprimiert und erhitzt werden und es wären keine grossen Elektromagnete (Spulen) nötig, was die bauart enorm verkleinern würde. Es gin eine meiner Ansicht nach interessante Physik Diplomarbeit, hier:
http://www.ep5.ruhr-uni-bochum.de/ag/publikationen/master_pdf/dipl_reinhart.pdfAus diesem Grund finde ich das was FocusFusionsgerät der Lawrenceville Plasma Physic auch so interessant. Das Gerät ist klein und "einfach" gebaut, es wird zu 100% auf den Z-Pinch gesetzt, keine Spulen müssen verwendet werden.
Die erreichbaren Temperaturen ligene über einer Milliarde Grad, was eine Fusion mit z.B. Wasserstoff+Boron (p+b11) ein Stück näher rückt, denn können fliegende Ionen direkt in Strom gewandelt werden, entfällt auch der Weg über Wasser-Heissdampf-Turbine-Generator..was das Gerät nochmals kleiner und kostengünstiger werden lässt.
Da sich mithilfe eines Z-Pinch durch die Entladung einer 50Mj Kapazitatorbank nur eine Fusion aufrechterhalten lässt die einige Milli oder Nanosekunden andauert, soll das Gerät gepulst arbeiten. Gepulst heisst hier 200-300 mal pro Sekunde. die Fusion muss also nicht lange anhalten, eine kurze Minifusion folgt der Nächsten.
Es gibt auch hier eine Menge Probleme zu lösen:
-Die Plasmadichte ist noch zu gering und damit die Ausbeute
-Die hohen Temperaturen erzeugen viel X-Rays, welche das Plasma kühlen. Durch Erhöhung des Feldstärke des elektromagnetischen Feldes soll aber dieser Effekt durch Quanteneffekte um Faktor vier reduziert werden.
-Jede Menge Engineeringprobleme. Die Kathode wo sich alle Energie bündelt, muss haltbar sein und gekühlt werden.
-Die Frage ist ob z.B. 200Hz getaktet realisiert werden kann
-Die frage ist, ob überhaupt eine Anneutronic Fusion gelingt, da der optimale "Betriebsbereich" viel enger ist als z.B. bei einer DT-Fusion
-pb11 Fusion setzt weniger energie frei als eine DT-Fusion. Es müssen die Verluste gut minimiert werden, damit Nettoenergie dabei herauskommt..und noch ein paar weitere Fragen und zu lösende Probleme.
Die Frage ist auch, ob uns diese Forscher nur Mist erzählen, das schliesse ich auch nicht aus..aber scheint mir nicht sehr wahrscheinlich. Ich finde das Konzept hat potenzial.
FocusFusion ist nur eines, es gibt noch andere..ich persönlich finde FocusFusion aber sehr interessant, jedoch bildet eure eigene Meinung, guckt im Netz nach.
Celladoor schrieb:Diese Versprechungen von irgendwelchen Firmen, kommen im 5 Jahresrythmus.
