Kernfusion, am MIT eine Anlage innerhalb von 15 Jahren | Wissenschaft 2020

Anonim

Die Städte von morgen mit emissionsfreier Energie versorgen ... am Beispiel der Sterne. Die Kernfusion, eine Reihe hochenergetischer Transformationen im Herzen der Sterne, einschließlich unserer Sonne, ist eine der vielversprechendsten Optionen für die Energiezukunft. Jetzt haben das Massachusetts Institute of Technology und ein neues privates Unternehmen, Commonwealth Fusion Systems (zu dem auch der Italiener Eni gehört), eine Anfangsinvestition von 30 Millionen Dollar (24 Millionen Euro) angekündigt, um einen Reaktor-Prototyp herzustellen Fusionsrealität innerhalb von 15 Jahren.

Das ultimative Ziel ist es, einen Reaktor mit einer Leistung von 100 Millionen Watt (oder 100 Megawatt) zu bauen, der kompakt und voll funktionsfähig ist. Der erste Schritt wird jedoch die Realisierung der stärksten supraleitenden Magnete sein, die je gebaut wurden und das Herzstück des neuen Reaktors bilden.

Worum geht es hier? Die Kernfusion ist ein Prozess, bei dem Energie gewonnen wird, indem zwei leichtere Wasserstoffatome zu einem schwereren Heliumatom verschmolzen werden. Da die Masse des neu gebildeten Atoms immer noch geringer ist als die Summe der beiden Bestandteile, erzeugt die Fusion eine große Menge an überschüssiger Energie in Form von Licht und Wärme. Dieser Prozess findet ständig in den Sternen statt, die Wasserstoff zu Helium schmelzen.

Die größte Schwierigkeit. Auf der Erde kann Wasserstoff aus Wasser gewonnen werden, aber um einen bestimmten Energiegewinn zu erzielen, muss es erhitzt werden, um es in den Plasmazustand zu bringen, in dem die Elektronen aus den Atomen "herausgerissen" werden. Aber sprechen wir über Temperaturen von 80 Millionen ° C, die ausreichen, um jegliches Material, das mit dem Plasma in Kontakt gekommen ist, zum Schmelzen zu bringen.

Image Das Plasma in Suspension im Toroid. |

Und hier kommen die supraleitenden Magnete zum Einsatz, die das Plasma "an seinem Platz" halten würden, ohne es mit der Maschine in Kontakt zu bringen. Eine der vielversprechendsten Konfigurationen heißt Tokamak (ein Wort russischen Ursprungs, das für eine Ringkammer steht), ein System, bei dem überhitztes Plasma dank sehr intensiver Magnetfelder in einer ringförmigen Maschine in Suspension zirkuliert ( Toroid in der Geometrie).

Das auto Die supraleitenden Magnete, mit denen wir am MIT arbeiten, würden ein Magnetfeld erzeugen, das viermal so stark ist wie dasjenige, das in jedem anderen Experiment dieses Typs bisher versucht wurde. Wenn dies gelingt, ist dies einem neuen supraleitenden Material zu verdanken, Yttriumbariumoxid und Kupfer, mit denen die Kosten, die Zeit und die Komplexität der Magnete sowie ihre Größe verringert werden sollen.

Die Forscher werden die Magnete in einem Prototyp eines Fusionsreaktors installieren, einem kompakten Tokamak namens SPARC, der innerhalb von 15 Jahren einsatzbereit sein und 100 Millionen Watt erzeugen sollte, um eine kleine Stadt ohne CO2-Emissionen mit Strom zu versorgen. Wenn SPARC wie erwartet funktioniert, könnte es ein Modell für die Schaffung einer doppelt so großen kommerziellen Kernfusionsanlage werden.

Weitere beeindruckende Fusionsreaktorprojekte sind der ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), eine internationale Zusammenarbeit mit Sitz in Frankreich, deren erste Ergebnisse zwischen 2025 und 2035 erwartet werden. Im Vergleich zum ITER hat der Zylinder einen Durchmesser von 30 Metern und genauso hoch sollte SPARC fünfmal weniger Energie produzieren, aber mit einem 65-mal kleineren Gerät.