Am letzten Betriebstag stellte der MIT-Tokamak einen neuen Weltrekord im Plasmadruck auf

Wissenschaftler und Ingenieure des Massachusetts Institute of Technology haben ihren eigenen Weltrekord für den Plasmadruck gebrochen, eine Schlüsselkomponente für die Erzeugung von Energie aus der Fusion in einem Tokamak. Der Alcator C-Mod -Kernreaktor erzielte ein Ergebnis von 2,05 Atmosphären, was 15% mehr als der vorherige ist.

Das Experiment wurde am letzten Betriebstag des Alcator C-Mod - 23. September 2016 - durchgeführt. Die Projektfinanzierung wurde abgeschlossen . Der Alcator C-Mod-Reaktor ist seit 23 Jahren am MIT in Betrieb und hat in dieser Zeit wiederholt einen Plasmadruckrekord in einem Tokamak aufgestellt. Die vorherige in 1,77 Atmosphären wurde 2005 eingerichtet.

C-mod ist der einzige kompakte thermonukleare Fusionsreaktor der Welt, der ein Magnetfeld erzeugen kann, indem er 8 Tesla induziert - 160.000 Mal stärker als das Erdmagnetfeld. Damit können Sie ein dichtes, heißes Plasma erzeugen, das bei Temperaturen über 80 Millionen Grad Celsius stabil sein kann.

Um einen Rekordeffekt zu erzielen, haben MIT-Forscher ein 5,7-Tesla-Magnetfeld erzeugt. Dies reichte aus, um das Plasma auf 35 Millionen Grad Celsius zu erwärmen - eine Temperatur, die doppelt so hoch ist wie die des Solarkerns. Zum Erhitzen des Plasmas wurden 4 Megawatt Energie benötigt. Während des Experiments traten 300 Billionen Synthesereaktionen pro Sekunde im Plasma auf.

"Dieses Ergebnis bestätigt, dass der zum Verbrennen von Plasma erforderliche hohe Druck am besten mit Tokamaks mit hohem Magnetfeld wie dem C-Mod Alcator erreicht werden kann", sagte Riccardo Betty, Professor am Institut für Technische Mechanik und Astronomie der Universität von Rochester. Neben den MIT-Physikern waren Wissenschaftler des Princeton Plasma Physics Laboratory, des Oak Ridge National Laboratory und von General Atomics an der Organisation des Experiments beteiligt.

„Dies ist eine bemerkenswerte Leistung, die das äußerst erfolgreiche Alcator C-Mod-Programm am Massachusetts Institute of Technology hervorhebt. Der Rekordplasmadruck nähert sich der praktischen Energie der Fusion “, sagte Dale Mead , ehemaliger stellvertretender Direktor des Princeton Plasma Physics Laboratory, der nicht direkt an dem Experiment beteiligt war.


Damit eine thermonukleare Fusionsreaktion auf der Erde erfolgreich abläuft, müssen Sie lernen, wie man heißes Plasma (über 50 Millionen Grad) in einem Tokamak in einem stabilen Zustand unter hohem Druck in einem bestimmten Volumen hält. Die Produktionsleistung steigt proportional zum Quadrat des Drucks - eine Verdoppelung führt daher zu einer Vervierfachung der Energieerzeugung. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology dieser Variablen bisher besondere Aufmerksamkeit gewidmet. Ihr Tokamak führt in Bezug auf den Druck, und zwei anderen Variablen - Volumen und Temperatur - wird wenig Beachtung geschenkt. MIT-Mitarbeiter sind zuversichtlich, dass, wenn Wissenschaftler auf der ganzen Welt das Druckproblem lösen können, 2/3 des Weges zur Gewinnung einer thermonuklearen Energiequelle bereits zurückgelegt werden können.



Die thermonukleare Fusion ist der gleiche Prozess, der im Darm der Sonne stattfindet. Tatsächlich ist der Stern ein natürlicher thermonuklearer Reaktor. Die Energie, die während der Synthese freigesetzt wird, reicht aus, um starke Licht- und Partikelströme zu emittieren. Wenn es auf der Erde möglich sein wird, die Bedingungen zu reproduzieren, unter denen sich zwei leichte Atomkerne zu einem schwereren vereinigen können, um abstoßende Kräfte zu überwinden, dann wird die Menschheit auf lange Sicht in der Lage sein, traditionelle Kernkraftwerke zu ersetzen. Diese Lösung hat viele Vorteile. Die Hauptbrennstoffkomponenten - Deuterium und Tritium - werden aus Wasser und Lithium gewonnen. Deuterium wird Millionen von Jahren halten, Lithium mehrere hundert Jahre. Darüber hinaus werden Kraftwerke sicherer. Die Dichte des Brennstoffs im Reaktionsraum ist sehr gering: innerhalb von 1 Gramm Deuterium / Tritium-Brennstoff pro 1000 Kubikmeter.Jeder Ausfall kühlt das Plasma ab und stoppt die Reaktion, und Deuterium, Lithium und Helium, die während der Reaktion erhalten werden, sind nicht radioaktiv. Nur Tritium ist eine Gefahr, aber seine Halbwertszeit beträgt nur 12,6 Jahre. Es wird in einem Kernreaktor hergestellt und verwendet, daher wird das Design von Kernkraftwerken so gestaltet, dass seine Freisetzung vermieden wird. Und schließlich wird in Kraftwerken der Zukunft Energie ohne abgebrannte Brennelemente erzeugt. Deshalb bemühen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt so sehr, das Ziel zu erreichen, obwohl dies sogar ein Dutzend Jahre dauern kann.Es wird in einem Kernreaktor hergestellt und verwendet, daher wird das Design von Kernkraftwerken so gestaltet, dass seine Freisetzung vermieden wird. Und schließlich wird in Kraftwerken der Zukunft Energie ohne abgebrannte Brennelemente erzeugt. Deshalb bemühen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt so sehr, das Ziel zu erreichen, obwohl dies sogar ein Dutzend Jahre dauern kann.Es wird in einem Kernreaktor hergestellt und verwendet, daher wird das Design von Kernkraftwerken so gestaltet, dass seine Freisetzung vermieden wird. Und schließlich wird in Kraftwerken der Zukunft Energie ohne abgebrannte Brennelemente erzeugt. Deshalb bemühen sich Wissenschaftler auf der ganzen Welt so sehr, das Ziel zu erreichen, obwohl dies sogar ein Dutzend Jahre dauern kann.

Das Haupthindernis ist heute die Tatsache, dass Reaktoren mehr Energie verbrauchen als sie erzeugen. Während der Rotation des heißen Plasmas treten kurze Blitze auf, denen Tokamaks lange nicht standhalten können. 6 Minuten und 30 Sekunden ist der Rekord, den der französische Tokamak 2003 aufstellen konnte. Idealerweise müssen Sie einen Reaktor erstellen, der ein sich selbst tragendes Plasma erzeugen kann. Daher investieren jetzt 35 Länder, darunter Russland, die USA, China und die Europäische Union, in den Bau des ITER-Reaktors in Frankreich, um dieses Problem zu lösen. Die ebenfalls am Bau interessierte US-Regierung beschloss, die Finanzierung von Alcator C-Mod zugunsten von ITER aufzugeben. Bei der Umsetzung dieses Projekts werden tatsächlich die wichtigsten und bedeutendsten Errungenschaften verwendet, die bei den Entwürfen und Materialien für C-Mod erzielt wurden.



Jetzt wird das MIT-Kernfusionsteam versuchen, neue Hochtemperatursupraleiter einzusetzen, die ohne Erwärmung und Stromverbrauch stärkere Magnetfelder erzeugen können. Diese Supraleiter sollten die Grundlage für das Design des Affordable Robust Compact- Reaktors mit einer Leistung von 270 Megawatt bilden. Es wird geschätzt, dass ARC in der Lage sein wird, dieselbe Energiemenge wie ITER zu produzieren, jedoch halb so groß sein wird.

Source: https://habr.com/ru/post/de398453/