Fuziunii ca sursa de energie

Source: http://www.efda.org/fusion_energy/fusion_as_an_energy_source.htm

Când va veni fuziune disponibil ca sursă de energie, care sunt caracteristicile sale? Va fi curat şi sigur? Ce este de deşeuri, şi cât de mare este o unitate tipic? Pe scurt: o centrală electrică de fuziune va genera aproximativ 1000-1500 MWe. În plante, litiu este transformat în tritiu combustibil intermediar, care este încălzită la 150 de milioane de grade, împreună cu deuteriu.

Unul dintre produsele de fuziune deuteriu-tritiu este un nucleu de heliu. Transporta 20% din energia care se produce în timpul reacţiei, în formă de energie cinetică. Fiind incarcate electric, nucleu de heliu este limitat de câmpul magnetic, şi transferurile energia la cea mai mare parte a combustibilului deuteriu şi tritiu. În acest fel, în care combustibilul este încălzit. În cazul în care dispozitivul este suficient de mare, acest proces permite temperatura necesară pentru fuziune să fie obţinute mai ales prin "auto-încălzire". În acest caz, plasma este numit "plasma ardere".

Pe langa un nucleu de heliu, fiecare reacţie de fuziune produce un neutron care transportă 80% din energia eliberată de fuziune. Ca un neutron nu are nici o sarcină electrică, aceasta nu este limitată de câmpul magnetic şi a trece direct într-o "pătură" căptuşirea pereţilor de tor, în cazul în care acesta reactioneaza cu litiu pentru a produce tritiu, iar în cazul în care energia lor este absorbita si eliminat printr-o circulă fluid de răcire. La fel ca într-o centrală electrică convenţională, lichidul încălzit poate fi adus la un schimbător de căldură, în cazul în care aburul este generat. Aburul este utilizat pentru a conduce unei turbine pentru producerea de energie electrică. Alternativ, la temperatură înaltă, ar putea fi folosite pentru a genera hidrogen.

Carburanţi

Fusion este o soluţie de energie deosebit de atractivă, deoarece utilizează combustibili care sunt abundente şi disponibil de pe glob. Combustibilului primar utilizat în fuziune sunt deuteriu şi litiu. Deuteriu este un izotop al hidrogenului, care poate fi uşor extras din apă (nu există în jurul valorii de 33 g de deuteriu din fiecare metru cub de apă), şi de litiu este un metal lumină abundentă - de exemplu, utilizate în baterii litiu-- de la care pot fi generate de tritiu în interiorul reactorului.

Într-o reacţie de fuziune, cantitatea de energie eliberată este de aproximativ patru milioane de ori mai mare decât cantitatea de energie eliberată într-o reacţie chimică obişnuită, cum ar fi arderea cărbunelui. Această diferenţă enormă înseamnă că o instalaţie energiei generate de fuziune are nevoie doar de o cantitate foarte mică de combustibil. Pentru a porni o centrala electrica de fuziune de 1000 MW (de dimensiunea unei centrale de mare putere pe bază de cărbune), pentru un an, ai nevoie de 250 kg de combustibil pentru fuziune. O planta pe bază de cărbune putere de aceeaşi mărime, are nevoie de 2.7 milioane de tone de cărbune în fiecare an! Litiu de la o baterie laptop, combinat cu deuteriu, în 100 de litri de apă, poate acoperi consumul de energie electrică a unui cetăţean european medie de 30 de ani.

Costurile energiei generate de fuziune

În aprilie 2005, a lansat EFDA European Plant Fusion Putere Studiul conceptuale (PPC). Studiul defineste patru modele viitoare de putere de fuziune a plantelor ilustrative de o gamă mai largă de posibilităţi, se întinde de la termen scurt la foarte avansat, şi abordează chestiuni legate de siguranţa şi impactul de mediu, economie, şi nevoile de dezvoltare.

In cadrul studiului, costurile de energie electrică de fuziune viitoare au fost calculate de la modele de plante detaliate folosind bine-atestată tehnici industriale costurilor. Deşi estimările cost cu o schimbare atât de departe sunt foarte dependente de ipoteze tehnologice şi financiare, studiul a concluzionat că costul energiei electrice din modelele se află în intervalul de estimări pentru costurile viitoare din alte surse regenerabile, obţinute din literatura de specialitate.

Drumuri alternative

Pentru a elimina o neînţelegere posibilă: producţia de reacţii de fuziune nu este greu, şi poate fi realizat cu echipamente care să se potrivească pe partea de sus a o masă de bucătărie. Dar asemenea experimente necesită întotdeauna aport de energie mai mult decât este eliberat de reacţii de fuziune. Provocarea nu este de a produce reacţie de fuziune, dar pentru a transforma într-o fuziune sursă de energie care generează mai multă energie decât consumă.

În mod regulat, articole apar în mass-media cu privire la fuziune în experimente mici, dar cu toate reactiile de fuziune poate avea loc în astfel de experimente, aceasta nu va deveni niciodată o sursă de energie real. Chiar şi aşa, există trei concepte diferite energiei de fuziune, în plus faţă de Tokamak: stellarator, Tokamak sferice, şi fuziune confinare inerţial.

O stellarator are un aspect frumos. Bobine de delicat curbate generează un câmp magnetic cu o forma complexa in interiorul navei plasma, care este în formă de ciudat în sine. Avantajul este că, datorită stellarato la forma complexa de bobine, nici un curent electric este necesară în interiorul plasma, care este în cazul în Tokamak. Acest lucru are o serie de avantaje tehnice. Deşi stellarators sunt foarte promitatoare, de cercetare în această direcţie este încă într-o fază anterioară pentru ca mari Tokamak pe baza de maşini. În Greifswald din Germania, un mare nume stellarator Wendelstein-7X este în curs de construit, şi în Japonia Device mare elicoidal este în curs de construire, aşa cum se arată în ilustraţie.

Figura 1: Pe deasupra bobine complexe a unei stellarator, sub o
vedere din interiorul dispozitivului mari japonez elicoidal. Sursa: Max-Planck-Institut
für Plasmaphysik (Germania) şi NIFS (Japonia)

Figura 2: MAST Tokamak sperical
. în Marea Britanie
Sursa: CCFE

O a doua linie de cercetare este promissing Tokamak sferic: un Tokamak, care este în formă de sferă. Această formă are, de asemenea, o serie de avantaje tehnologice. MAST-experiment (vezi ilustraţia) în British fuziune institut de cercetare în Culham, este un exemplu de Tokamak sferice.

Fuziune confinare inerţiale urmează un concept foarte diferit. O pelete mici de combustibil pentru fuziune congelate este flash-iradiată din toate partile cu un număr de raze laser extrem de intense. Stratul exterior din extractul este suflată departe, care determină partea interioară a peleţi care urmează să fie comprimat cu o forţă mare. De compresie face ca temperatura şi densitatea să se ridice la un nivel necesar pentru reactiile de fuziune să apară.

Principala provocare în fuziune inerţială este realizarea unui iradiere puternică şi omogenă din extractul de la o frecvenţă de repetiţie ridicat: circa 10 - 20 pelete ar trebui să fie încălzite şi ars pe secundă într-o centrală electrică de fuziune bazate pe acest principiu. Acest tip de cercetare este cea mai mare parte efectuate în Statele Unite ale Americii.