Starke Ideen: Fusing Atome nur funktionieren könnte


Dieser gelegentlichen Serie befasst sich mit starken Ideen — einige vorhanden, einige futuristische — für Betankung und modernen Lebens elektrisierende.

Solarenergie fängt Sonnenlicht um erneuerbare Energie zu erzeugen, aber Neuerstellung der Sonne auf der Erde noch mehr Energie birgt Potenzial. Kernfusion – die Kraftquelle im Inneren der Sonne — wird in neue und bald gebaut Einrichtungen auf der ganzen Welt versucht werden.

"Fusion eine CO2-freie und eine praktisch unbegrenzte Versorgung mit Energie," sagte Ed Moses, Projektleiter für das Department of Energy beauftragt vor kurzem National Ignition Facility (NIF) in Livermore, Kalifornien.

Grundbrennstoff für die Kernfusion ist Wasserstoff, der im Wasser reichlich vorhanden ist. Wenn zwei Wasserstoff-Atomkerne zu Helium verschmelzen, sind reichlich Energie freigesetzt.

Pfund für Pfund, geht nichts über Fusion zur Erzeugung von Energie. Grob wird während einer Kernfusion Reaktion 0,4 Prozent der Masse der Edukte in Energie umgewandelt. Dies ist etwa eine Million mal effizienter als jede chemische Reaktion und ca. 4 Mal, dass eine Kernspaltungsreaktion.

Ein Jahr lang bei einem Kraftwerk 1 Gigawatt müsste nur ein Viertel Tonne Fusionsbrennstoff, während es 3 Millionen Tonnen Kohle erfordern würde. Obwohl Fusion einiger radioaktiven Abfälle erzeugt, ist es weniger gefährlich als was aus Kernspaltung Reaktoren übrig ist.

Kernfusion-Kraftwerke sind noch Jahrzehnte entfernt, und ein weites Feld der technologischen Optionen bleiben — einschließlich Laser, Magnetfelder und sogar Bläschen kollabieren.

Laser-Punsch

Menschen haben in der Tat die Kernfusion in der H-Bombe geschaffen. Das Problem ist, dass Energie in eine nachhaltige Mode enthält, die Strom erzeugen können.

Eine Idee ist, mehrere Laser verwenden, um einen Millimeter Größe Pellet gefüllt mit Wasserstoff als Kraftstoff zu implodieren. Dieses "inertial Confinement" würde den Kern des Geschosses, mehr als 100 Millionen Grad Celsius Hitze in dem Fall der Wasserstoff entzünden würde, setzen eine Kettenreaktion in Gang, die releases mehr Energie als die Laser zur Verfügung stellen.

At mindestens das ist die Idee. Zündung noch nicht erreicht, aber viele glauben, dass es bei NIF passieren wird. Die $ 3,5 Milliarden-Anlage, die letzten Monat eingeschaltet, beherbergt die größte Laser der Welt in einem Gebäude die Größe von drei Fußballfeldern.

Obwohl NIFs Hauptziel ist Atomwaffe Simulationen zu tun, wird es auch nukleare Stromerzeugung studieren. Moses erwartet, dass sie Zündung in den nächsten zwei Jahren erreichen werden.

"Eine Fusion Energie Pilotanlage auf Linie im Zeitraum bis 2020, gefolgt von einer kommerziellen Demonstrationskraftwerk im Jahr 2030 werden könnte", sagte Moses LiveScience.

Magnetische Abschirmungen

Der Hauptkonkurrent in der Fusion Spiel nennt man magnetischen Einschluss. Es handelt sich um Heizung ionisierten Wasserstoffgas (Plasma genannt) um Hunderte von Millionen von Grad Fahrenheit, an welcher Stelle es eigenständig zu brennen beginnt. Die Temperatur ist hoch genug, um durch Metall schmelzen, aber starker Magnetfelder halten das Plasma von den Gefäßwänden.

Moses vergleicht magnetischen Fusion einer Dampfturbine, in dem kontinuierlich Kraftstoff verbrannt wird, um nützliche Arbeit zu generieren. Im Gegensatz dazu Laserfusion gleicht eher einem Verbrennungsmotor, wo eine Reihe von Mikro-Explosionen oder sparks, fährt das System.

"Beide Techniken in der Zukunft eine grenzenlose sauber Fusionsenergie versorgen können," sagte Moses.

Der größte Magnet-basiertes Projekt ist der internationalen thermonuklearen Reaktors (ITER), die Konstruktion in Südfrankreich begonnen hat. Wenn innerhalb von 10 Jahren abgeschlossen, versucht ITER, 500 Megawatt Fusionsleistung für mehrere Minuten lange Strecken zu erstellen. Dies ist jedoch nur noch eine Demonstration – kein Strom durch diese Anlage erzeugt werden.

Der geschätzte Preis für ITER ist $ 10 Milliarden, aber das ist wahrscheinlich zu steigen, da das Projekt nach vorne bewegt. US-Beiträge an das Projekt der Multi-Nation auf Eis letztes Jahr gestellt worden, aber Finanzierung wurde teilweise durch den neuen Kongress wiedereingesetzt worden.

Die "auch running"

Es gibt eine Reihe von dunklen Pferde wetteifern um die Kraft der Sonne einzufangen. Man benutzt elektrische Felder Teilchen in der Mitte eines Hohlraums zu kollidieren, während eine andere massive Ausbrüche von Elektrizität verwendet, um eine Miniatur-Ofen überhitzen.

Jedoch ist die bekannteste Alternative "kalte Fusion." In 1989 behauptete Wissenschaftler sie Fusionsreaktionen im Wasser bei Raumtemperatur gemacht hatten, indem Sie einfach einige elektrische Felder. Versuche, die Ergebnisse zu reproduzieren, scheiterten.

Kalte Fusion nie gestorben, obwohl. Es wurde umbenannt Niedrigenergie Kernreaktion (LENR) und weiterhin öffentlicher und privater Finanzierung erhält. Vor kurzem, behauptet eine Gruppe Fusion erzeugten Partikel in einem LENR Experiment gesehen zu haben.

Eine weitere umstrittene Technologie ist Sonofusion, in dem Bläschen schnell durch Schallwellen eingeklemmt werden. Vor ein paar Jahren behauptete eine Gruppe, ein Zeichen der Fusion aus solch einem Experiment entdeckt worden waren. Allerdings tauchten die Blase platzen, wenn Vorwürfe der Forschung später Fehlverhalten.

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