Fusionsreaktoren in der Welt. Der erste Fusionsreaktor

Heute sind viele Länder nehmen an der Fusionsforschung. Die Führer sind die Europäische Union, die Vereinigten Staaten, Russland und Japan, während Chinas Programm, Brasilien, Kanada und Korea sind schnell zu. Zunächst Fusionsreaktoren in den Vereinigten Staaten und der Sowjetunion wurden in die Entwicklung von Atomwaffen verbunden und blieb geheim, bis der Konferenz „Atome für den Frieden“, die im Jahre 1958 in Genf stattfand. Nach der Gründung der Sowjet Tokamak Forschung der Kernfusion in den 1970er Jahren hat es „Big Science“ werden. Aber die Kosten und die Komplexität der Geräte bis zu dem Punkt erhöht, dass die internationale Zusammenarbeit die einzige Möglichkeit war, sich vorwärts zu bewegen.

Fusionsreaktoren in der Welt

Seit den 1970er Jahren ist der Beginn der kommerziellen Nutzung der Fusionsenergie seit 40 Jahren ständig verschoben. Doch viel in den letzten Jahren geschehen ist, so dass diese Frist kann verkürzt werden.

Errichtet mehrere Tokamaks, einschließlich der JET europäischen, britischen und MAST Thermonuklearen Versuchsreaktor TFTR in Princeton, USA. Die internationale ITER-Projekt befindet sich derzeit im Bau in Cadarache, Frankreich. Es wird die größte Tokamak werden, die in den Jahren 2020 funktionieren wird. Im Jahr 2030 wird China gebaut CFETR werden, was die ITER übertrifft. Inzwischen führt China Forschung auf einem experimentellen supraleitenden Tokamak EAST.

Fusionsreaktoren andere Art – Stel – auch sehr beliebt unter den Forschern. Einer der größten, LHD, trat das japanische National Institute for Fusion im Jahr 1998. Es wird verwendet für die beste Konfiguration des magnetischen Plasmaeinschluss zu suchen. Deutsch Max-Planck-Institut für den Zeitraum von 1988 bis 2002 forschte auf dem Wendelstein 7-AS Reaktor in Garching, und jetzt – bei Wendelstein 7-X, der Bau von denen mehr als 19 Jahren gedauert hat. Ein weiterer Stellarator TJII in Madrid, Spanien betrieben. In der Vereinigten Staaten Princeton Laborplasmaphysik (PPPL), wo er den ersten Kernfusionsreaktor dieser Art im Jahr 1951 gebaut, im Jahr 2008 gestoppt es den Bau von NCSX wegen Kostenüberschreitungen und Mangel an Finanzierung.

Darüber hinaus bedeutende Leistungen in der Erforschung der Trägheitsfusion. Gebäude National Ignition Facility (NIF) im Wert von $ 7000000000 am Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), gefördert von der National Nuclear Security Administration, im März 2009 fertig gestellt wurde, das Französisch Laser Mégajoule (LMJ) nahm seine Arbeit im Oktober 2014. Fusionsreaktoren Laser geliefert innerhalb von wenigen Milliardstel einer Sekunde ca. 2 Millionen Joule Lichtenergie bei einer Zielgröße von einigen Millimetern mit der Kernfusion zu starten. Das Hauptziel der NIF und LMJ ist Forschung nationale Atomwaffenprogramme zu unterstützen.

ITER

Im Jahr 1985 schlug die Sowjetunion ein nächste Generation Tokamak zusammen mit Europa, Japan und den Vereinigten Staaten zu bauen. Die Arbeit wurde unter der Schirmherrschaft der IAEA durchgeführt. Im Zeitraum von 1988 bis 1990 war es die ersten Entwürfe des Internationalen Thermonuklearen Versuchsreaktors ITER geschaffen, die auch als „Weg“ oder „Reise“ in Latein bedeutet, um diese Fusion zu beweisen, kann mehr Energie produzieren, als es absorbiert. Kanada und Kasachstan teilnahmen durch Euratom und Russland vermittelt sind.

Nach 6 Jahren ITER Rat haben den ersten Entwurf komplexen Reaktor auf der Basis etablierter Physik und Technologie $ 6 Milliarden wert. Dann zog sich die USA von dem Konsortium, das die Kosten zu halbieren gezwungen und das Projekt ändern. Das Ergebnis war die ITER-FEAT $ 3 Milliarden wert., Aber man kann eine sich selbst erhaltende Reaktion und die positive Bilanz von Leistung erreichen.

Im Jahr 2003 schloss sich die Vereinigten Staaten erneut das Konsortium und China angekündigt, ihren Wunsch, sich daran zu beteiligen. Als Ergebnis Mitte 2005 einigten sich die Partner für den Bau des ITER in Cadarache in Südfrankreich. EU und Frankreich haben die Hälfte der 12,8 Milliarden Euro aus, während Japan, China, Südkorea, die Vereinigten Staaten und Russland – je 10%. Japan bietet eine hohe Komponenten enthalten Installation IFMIF 1 Milliarde kosten für die Testmaterialien bestimmt und hatte das Recht, den nächsten Testreaktor zu errichten. Die Gesamtkosten des ITER umfasst die Hälfte der Kosten eines 10-jährigen Bau und die Hälfte – auf 20 Jahre Betrieb. Indien wurde das siebte Mitglied des ITER am Ende des Jahres 2005

Die Versuche sind im Jahr 2018 mit dem Einsatz von Wasserstoff beginnen, um die Aktivierung der Magnete zu vermeiden. das DT unter Verwendung von Plasma wird nicht vor 2026 erwartet

Zweck ITER – Entwicklung ein 500-Megawatt (zumindest für 400 Sekunden) unter Verwendung von weniger als 50 mW Eingangsleistung ohne Strom zu erzeugen.

Dvuhgigavattnaya Demo Demonstrationsanlage wird in großem Maßstab produziert Erzeugung von Strom auf Dauer. Demo Konzeption wird bis zum Jahr 2017 abgeschlossen sein, und seine Konstruktion wird im Jahr 2024 beginnen. Start erfolgt in 2033 nehmen.

JET

Im Jahr 1978 haben sich die EU (Euratom, Schweden und die Schweiz) ein gemeinsames europäisches JET-Projekt in Großbritannien gestartet. JET ist derzeit der größte operative Tokamak in der Welt. Ein solcher Reaktor JT-60 arbeitet in der japanischen National Institute of Fusion, sondern nur JET kann das Deuterium-Tritium-Kraftstoff.

Der Reaktor wurde im Jahr 1983 ins Leben gerufen und war das erste Experiment, bei dem die kontrollierte Kernfusion zu 16 MW im November 1991 für eine zweite 5 MW und stabile Leistung auf das Deuterium-Tritium-Plasma gehalten wurde. Viele Versuche wurden die verschiedenen Heizkreise und andere Techniken zu studieren, durchgeführt.

Weitere Verbesserungen betreffen die JET seine Kapazität erhöhen. MAST kompakter Reaktor wird mit JET entwickelt und ITER ist Teil des Projektes.

K-STAR

K-STAR – Koreanisch supraleitenden Tokamak Nationale Institut für Fusionsforschung (NFRI) in Daejeon, die Mitte 2008 seine erste Plasma erzeugt. Dies ist ein Pilotprojekt ITER, die das Ergebnis der internationalen Zusammenarbeit ist. Tokamak Radius von 1,8 m – ersten Reaktor unter Verwendung von supraleitenden Magneten Nb3Sn, die gleichen, die in dem ITER verwendet werden. In der ersten Phase, die 2012 endete, hatte K-STAR die Lebensfähigkeit von Basistechnologien zu beweisen und Plasma-Pulsdauer auf 20 Sekunden zu erreichen. In der zweiten Phase (2013-2017) erfolgte über seine lange Impulse von bis zu 300 s in H-Modus, und den Übergang zu hoch AT-Modus zu studieren. Der Zweck der dritten Phase (2018-2023) ist eine hohe Leistungsfähigkeit und Effizienz in der langen Pulsbetrieb zu erreichen. In Schritt 4 (2023-2025) wird DEMO-Technologie getestet. Das Gerät ist nicht in der Lage mit Tritium DT und Brennstoff Verwendungen arbeiten.

K-DEMO

Entwickeln in Zusammenarbeit mit dem Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) US Department of Energy und dem südkoreanischen Institut NFRI, K-DEMO soll der nächste Schritt zur Schaffung von kommerziellen Reaktoren nach dem ITER, und wird das erste Kraftwerk der Macht an das Stromnetz erzeugen kann, nämlich, 1 Million Kilowatt bis zu einigen Wochen. Sein Durchmesser wird 6,65 m, und es wird eine Decke Modul durch das Projekt DEMO erzeugt haben. Das Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie von Korea plant es sich um eine Billion koreanischen Won ($ 941 Mio.) zu investieren.

EAST

Chinese Pilot verbesserte supraleitende Tokamak (EAST) im Institut für Physik in China Hefee erzeugte Wasserstoff Plasmatemperatur 50 Millionen ° C und hielt es für 102 Sekunden.

TFTR

Der amerikanische Labor PPPL experimenteller Kernreaktor TFTR arbeitete von 1982 bis 1997. Im Dezember 1993 wurde er die erste TFTR magnetische Tokamak, die umfangreichen Experimente mit einem Plasma aus Deuterium-Tritium hergestellt. Im Folgenden wird der Reaktor erzeugt die Aufzeichnung , während der Leistungs 10,7 MW gesteuert, und im Jahre 1995 wurde die Aufzeichnung der Temperatur erreicht ionisiertes Gas auf 510 Millionen ° C. Allerdings hat die Installation nicht Break-even-Fusionsleistung gelingen, aber erfolgreich das Ziel, die Gestaltung der Hardware, leistet einen wesentlichen Beitrag zur ITER erfüllt.

LHD

LHD in dem japanischen National Institute für die Kernfusion in Toki, Gifu Prefecture, war der größte Stellarator in der Welt. Starten des Fusionsreaktor im Jahr 1998 stattfand, und er hat die Qualität der Plasmaeinschluss, vergleichbar mit anderen großen Installationen unter Beweis gestellt. Es wurde 13,5 keV Ionen-Temperatur (etwa 160 Millionen ° C) und die Energie von 1,44 MJ erreicht.

Wendelstein 7-X

Nach einem Jahr der Prüfung, Ende 2015 beginnen, hat sich die Heliumtemperatur in kurzer Zeit erreicht 1 Million ° C 2016 Der Kernreaktor, der mit einem Wasserstoffplasma einer 2 MW unter Verwendung erreichte die Temperatur 80 Millionen ° C für eine Viertelsekunde. W7-X Stellarator ist die größte in der Welt und ist geplant für 30 Minuten im Dauerbetrieb sein. Die Kosten des Reaktors betrug 1 Mrd. €.

NIF

National Ignition Facility (NIF) in wurde im März 2009 Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Jahr abgeschlossen. Mit seiner 192 Laserstrahlen ist die NIF Lage des Konzentrierens 60 mal mehr Energie als alle bisherigen Lasersystem.

kalte Fusion

Im März 1989 zwei Forscher, amerikanische Stenli Pons und Martin Fleischmann Brite, sagten, dass sie einen einfachen Desktop kalten Fusionsreaktor gestartet, bei Raumtemperatur arbeitet. Das Verfahren bestand in der Elektrolyse von schwerem Wasser unter Verwendung eines Palladiumelektrode, in dem Deuteriumkern mit einer hohen Dichte konzentriert. Die Forscher argumentieren, dass Wärme erzeugt, die in Bezug auf die Kernprozesse nur erklärt werden kann, sowie es Neben waren Syntheseprodukte, einschließlich Helium, Tritium und Neutronen. Aber auch andere Experimentatoren versäumt, diese Erfahrung zu wiederholen. Der größte Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft nicht glaubt, dass kalte Fusionsreaktoren real sind.

Niedrigenergie-Kernreaktionen

Initiiert durch die Ansprüche der „kalte Fusion“ Forschung weiterhin im Bereich der Niedrigenergie – Kernreaktionen mit einiger empirischen Unterstützung, ist aber nicht allgemein wissenschaftliche Erklärung akzeptiert. Offensichtlich schwacher Kern Wechselwirkungen (und nicht eine starke Kraft, wie bei der Kernspaltung oder Synthese) verwendet werden, zu erstellen und Einfang von Neutronen. Experimente umfassen das Eindringen von Wasserstoff oder Deuterium durch das Katalysatorbett und die Reaktion mit dem Metall. Die Forscher berichten, die beobachtete Energiefreisetzung. Das wichtigste praktische Beispiel ist die Reaktion von Wasserstoff mit einem Nickelpulver mit der Hitze, deren Anzahl größer ist als jede chemische Reaktion geben.