Thermonuklearer Reaktor in Frankreich. Thermonuklearer Reaktor ist die Energiezukunft der Menschheit. Entwurf eines thermonuklearen Kraftwerks

Die ambitionierteste wissenschaftliche Konstruktion unserer Zeit. Wie der Fusionsreaktor ITER in Frankreich gebaut wird

Die kontrollierte Kernfusion ist der blaue Traum von Physikern und Energiekonzernen, den sie seit Jahrzehnten hegen. Eine künstliche Sonne einzusperren ist eine tolle Idee. „Aber das Problem ist, dass wir nicht wissen, wie man so eine Box baut“,- sagte Nobelpreisträger Pierre Gilles de Gennes im Jahr 1991. Mitte 2018 wissen wir jedoch bereits, wie. Und wir bauen sogar. Die besten Köpfe der Welt arbeiten am Projekt des internationalen experimentellen thermonuklearen Reaktors ITER – dem ehrgeizigsten und teuersten Experiment der modernen Wissenschaft.

Ein solcher Reaktor kostet fünfmal mehr als der Large Hadron Collider. Hunderte Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten an dem Projekt. Die Finanzierung könnte locker 19 Milliarden Euro übersteigen, und das erste Plasma wird erst im Dezember 2025 in den Reaktor freigesetzt. Und trotz ständiger Verzögerungen, technologischer Schwierigkeiten und unzureichender Finanzierung durch einzelne Teilnehmerländer wird das weltweit größte thermonukleare „Perpetuum Mobile“ gebaut. Es hat viel mehr Vorteile als Nachteile. Welche? Wir beginnen die Geschichte über das ehrgeizigste wissenschaftliche Bauprojekt unserer Zeit mit der Theorie.

Was ist ein Tokamak?

Unter dem Einfluss enormer Temperaturen und der Schwerkraft kommt es in den Tiefen unserer Sonne und anderer Sterne zur Kernfusion. Wasserstoffkerne kollidieren, bilden schwerere Heliumatome und setzen gleichzeitig Neutronen und enorme Energiemengen frei.

Die moderne Wissenschaft ist zu dem Schluss gekommen, dass bei der niedrigsten Anfangstemperatur die größte Energiemenge durch die Reaktion zwischen den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium erzeugt wird. Dafür sind aber drei Bedingungen wichtig: hohe Temperatur (ca. 150 Millionen Grad Celsius), hohe Plasmadichte und hohe Plasmaverweilzeit.

Tatsache ist, dass wir nicht in der Lage sein werden, eine so kolossale Dichte wie die der Sonne zu erzeugen. Es bleibt nur noch, das Gas mit ultrahohen Temperaturen auf den Plasmazustand zu erhitzen. Aber kein Material kann dem Kontakt mit einem so heißen Plasma standhalten. Zu diesem Zweck schlug der Akademiker Andrei Sacharow (auf Vorschlag von Oleg Lawrentjew) in den 1950er Jahren vor, toroidale (hohle, donutförmige) Kammern mit einem Magnetfeld zu verwenden, das das Plasma halten würde. Später wurde der Begriff Tokamak geprägt.

Moderne Kraftwerke verbrennen fossile Brennstoffe und wandeln mechanische Energie (z. B. Turbinenrotation) in Elektrizität um. Tokamaks nutzen Fusionsenergie, die von den Wänden des Geräts als Wärme absorbiert wird, um Dampf zu erhitzen und zu erzeugen, der die Turbinen antreibt.

Der erste Tokamak der Welt. Sowjetischer T-1. 1954

Überall auf der Welt wurden kleine experimentelle Tokamaks gebaut. Und sie haben erfolgreich bewiesen, dass ein Mensch Hochtemperaturplasma erzeugen und es für einige Zeit in einem stabilen Zustand halten kann. Doch Industriedesigns liegen noch in weiter Ferne.

Installation von T-15. 1980er Jahre

Vor- und Nachteile von Fusionsreaktoren

Typische Kernreaktoren werden mit Dutzenden Tonnen radioaktivem Brennstoff betrieben (der schließlich zu Dutzenden Tonnen radioaktivem Abfall wird), während ein Fusionsreaktor nur Hunderte Gramm Tritium und Deuterium benötigt. Ersteres kann im Reaktor selbst hergestellt werden: Die bei der Synthese freigesetzten Neutronen wirken mit Lithiumverunreinigungen auf die Wände des Reaktors ein, aus denen Tritium entsteht. Die Lithiumreserven reichen für Tausende von Jahren. Auch an Deuterium wird es keinen Mangel geben – es wird weltweit in Zehntausenden Tonnen pro Jahr produziert.

Ein Fusionsreaktor erzeugt keine Treibhausgasemissionen, was typisch für fossile Brennstoffe ist. Und das Nebenprodukt in Form von Helium-4 ist ein harmloses Edelgas.

Darüber hinaus sind thermonukleare Reaktoren sicher. Bei jeder Katastrophe wird die thermonukleare Reaktion einfach zum Stillstand kommen, ohne schwerwiegende Folgen für die Umwelt oder das Personal, da es nichts gibt, was die Fusionsreaktion unterstützen könnte: Sie benötigt zu große Treibhausbedingungen.

Allerdings haben thermonukleare Reaktoren auch Nachteile. Dies ist zunächst einmal die banale Schwierigkeit, eine selbsttragende Reaktion auszulösen. Sie braucht ein tiefes Vakuum. Komplexe magnetische Einschlusssysteme erfordern riesige supraleitende Magnetspulen.

Und vergessen Sie nicht die Strahlung. Trotz einiger Klischees über die Unbedenklichkeit thermonuklearer Reaktoren kann die Bombardierung ihrer Umgebung mit Neutronen, die bei der Fusion entstehen, nicht aufgehoben werden. Dieses Bombardement führt zu Strahlung. Daher muss die Wartung des Reaktors aus der Ferne durchgeführt werden. Nehmen wir für die Zukunft an, dass Roboter den ITER-Tokamak nach dem Start direkt warten werden.

Darüber hinaus kann radioaktives Tritium gefährlich sein, wenn es in den Körper gelangt. Zwar reicht es aus, für die ordnungsgemäße Lagerung zu sorgen und im Falle eines Unfalls Sicherheitsbarrieren entlang aller möglichen Verteilungswege zu schaffen. Darüber hinaus beträgt die Halbwertszeit von Tritium 12 Jahre.

Wenn das notwendige Mindestfundament der Theorie gelegt ist, können Sie mit dem Hauptteil des Artikels fortfahren.

Das ehrgeizigste Projekt unserer Zeit

1985 fand in Genf das erste persönliche Treffen der Staats- und Regierungschefs der UdSSR und der USA seit vielen Jahren statt. Zuvor hatte der Kalte Krieg seinen Höhepunkt erreicht: Die Supermächte boykottierten die Olympischen Spiele, bauten ihr nukleares Potenzial aus und wollten keine Verhandlungen aufnehmen. Dieses Gipfeltreffen der beiden Länder auf neutralem Territorium zeichnet sich durch einen weiteren wichtigen Umstand aus. Dabei schlug der Generalsekretär des ZK der KPdSU, Michail Gorbatschow, die Umsetzung eines gemeinsamen internationalen Projekts zur Entwicklung thermonuklearer Energie für friedliche Zwecke vor.

Ein Jahr später wurde zwischen amerikanischen, sowjetischen, europäischen und japanischen Wissenschaftlern eine Einigung über das Projekt erzielt und mit der Entwicklung des Konzeptentwurfs für den großen thermonuklearen Komplex ITER begonnen. Die Entwicklung technischer Details verzögerte sich, die Vereinigten Staaten verließen das Projekt immer wieder und kehrten wieder zu ihm zurück, und schließlich schlossen sich China, Südkorea und Indien dem Projekt an. Die Beteiligten teilten sich die Verantwortung für die Finanzierung und die direkte Arbeit, und im Jahr 2010 begann schließlich die Vorbereitung der Grube für das Fundament des zukünftigen Komplexes. Sie beschlossen, es im Süden Frankreichs in der Nähe der Stadt Aix-en-Provence zu bauen.

Was ist also ITER? Dies ist ein riesiges wissenschaftliches Experiment und ein ehrgeiziges Energieprojekt zum Bau des größten Tokamaks der Welt. Der Bau muss die Möglichkeit einer kommerziellen Nutzung eines Fusionsreaktors nachweisen und gleichzeitig aufkommende physikalische und technologische Probleme lösen.

Woraus besteht der ITER-Reaktor?

Ein Tokamak ist eine toroidale Vakuumkammer mit Magnetspulen und einem 23.000 Tonnen schweren Kryostaten. Wie bereits aus der Definition hervorgeht, haben wir eine Kamera. Tiefvakuumkammer. Im Fall von ITER sind das 850 Kubikmeter freies Kammervolumen, in dem sich zu Beginn nur 0,1 Gramm einer Mischung aus Deuterium und Tritium befinden.

1. Vakuumkammer, in der das Plasma lebt. 2. Neutralstrahlinjektor und Hochfrequenzerwärmung von Plasma auf bis zu 150 Millionen Grad. 3. Supraleitende Magnete, die das Plasma nutzen. 4. Decken, die die Kamera und die Magnete vor Neutronenbeschuss und Erwärmung schützen. 5. Ableiter, der Wärme und thermonukleare Reaktionsprodukte abführt. 6. Diagnosewerkzeuge zum Studium der Plasmaphysik. Inklusive Manometer und Neutronenkammern. 7. Kryostat – eine riesige Thermoskanne mit tiefem Vakuum, die Magnete und die Vakuumkammer vor Erwärmung schützt

Und so sieht eine „kleine“ Vakuumkammer mit Arbeitermodellen darin aus. Es ist 11,4 Meter hoch und wird zusammen mit Decken und Divertor 8,5 Tausend Tonnen wiegen

An den Innenwänden der Kammer befinden sich spezielle Module, sogenannte Decken. In ihnen zirkuliert Wasser. Aus dem Plasma austretende freie Neutronen fallen in diese Decken und werden durch Wasser abgebremst. Was verursacht die Erwärmung? Die Decken selbst schützen den Rest des Kolosses vor thermischer Strahlung, Röntgenstrahlung und der bereits erwähnten Neutronenstrahlung des Plasmas.

Ein solches System ist notwendig, um die Lebensdauer des Reaktors zu verlängern. Jede Decke wiegt etwa 4,5 Tonnen und wird etwa alle 5 bis 10 Jahre durch einen Roboterarm ersetzt, da diese erste Verteidigungslinie Verdunstung und Neutronenstrahlung ausgesetzt sein wird.

Aber das ist nicht alles. Die Kammer ist mit kammerinternen Geräten, Thermoelementen, Beschleunigungsmessern, den bereits erwähnten 440 Blöcken eines Deckensystems, Kühlsystemen, einem Abschirmblock, einem Divertor, einem magnetischen System aus 48 Elementen, Hochfrequenz-Plasmaheizern und einem neutralen Atom verbunden Injektor usw. Und das alles befindet sich in einem riesigen Kryostaten mit einer Höhe von 30 Metern und dem gleichen Durchmesser und Volumen von 16.000 Kubikmetern. Der Kryostat garantiert tiefes Vakuum und ultrakalte Temperaturen für die Tokamak-Kammer und die supraleitenden Magnete, die durch flüssiges Helium auf eine Temperatur von -269 Grad Celsius gekühlt werden.

Unten. Ein Drittel der Kryostatbasis. Insgesamt wird diese „Thermoskanne“ aus 54 Elementen bestehen

Und so sieht der Kryostat im Rendering aus. Die Produktion wird Indien anvertraut. In der „Thermoskanne“ wird ein Reaktor zusammengebaut

Der Kryostat wird bereits zusammengebaut. Hier ist beispielsweise ein Fenster zu sehen, durch das Partikel in den Reaktor geschleudert werden, um das Plasma aufzuheizen

Die Produktion dieser gesamten Ausrüstung wird zwischen den teilnehmenden Ländern aufgeteilt. Sie arbeiten beispielsweise an einigen Decken in Russland, am Kryostatkörper in Indien und an Teilen der Vakuumkammer in Europa und Korea.

Aber das ist keineswegs ein schneller Prozess. Darüber hinaus haben Designer keinen Spielraum für Fehler. Das ITER-Team modelliert zunächst die Belastungen und Anforderungen an Strukturelemente, sie werden auf Prüfständen getestet (z. B. unter dem Einfluss von Plasmakanonen, wie einem Divertor), verbessert und modifiziert, Prototypen zusammengebaut und erneut getestet, bevor das endgültige Element freigegeben wird.

Der erste Körper der Ringspule. Der erste von 18 Riesenmagneten. Eine Hälfte wurde in Japan hergestellt, die andere in Korea

18 riesige D-förmige Magnete, die kreisförmig angeordnet sind und eine undurchdringliche Magnetwand bilden. In jedem von ihnen befinden sich 134 Windungen supraleitendes Kabel.

Jede dieser Rollen wiegt etwa 310 Tonnen

Aber es zusammenzustellen ist eine Sache. Und es ist etwas ganz anderes, das alles aufrechtzuerhalten. Aufgrund der hohen Strahlungswerte ist der Zugang zum Reaktor verboten. Für die Wartung wurde eine ganze Familie von Robotersystemen entwickelt. Einige werden Decken und Umlenkkassetten (mit einem Gewicht von bis zu 10 Tonnen) wechseln, andere werden ferngesteuert, um Unfälle zu vermeiden, und wieder andere werden in den Taschen einer Vakuumkammer mit HD-Kameras und Laserscannern für eine schnelle Inspektion stationiert sein. Und das alles muss im luftleeren Raum, auf engstem Raum, mit hoher Präzision und im klaren Zusammenspiel aller Systeme erfolgen. Die Aufgabe ist schwieriger als die Reparatur der ISS. Der ITER Tokamak wird der erste thermonukleare Reaktor sein, der mehr Energie erzeugt, als zum Erhitzen des Plasmas selbst erforderlich ist. Darüber hinaus wird er es viel länger in einem stabilen Zustand halten können als aktuelle Installationen. Wissenschaftler sagen, dass genau deshalb ein so großes Projekt notwendig sei.

Mit Hilfe eines solchen Reaktors wollen Experten die Lücke zwischen den heutigen kleinen Versuchsanlagen und den Fusionskraftwerken der Zukunft schließen. Der Rekord für thermonukleare Energie wurde beispielsweise 1997 an einem Tokamak in Großbritannien aufgestellt – 16 MW bei 24 MW Verbrauch, während ITER mit dem Ziel konzipiert wurde, 500 MW thermonukleare Energie aus 50 MW thermischer Energiezufuhr zu erzeugen.

Der Tokamak wird Heiz-, Steuerungs-, Diagnose-, Kryotechnik- und Fernwartungstechnologien testen, also alle Techniken, die für einen industriellen Prototyp eines thermonuklearen Reaktors erforderlich sind.

Für die Kraftwerke der Zukunft wird die weltweite Tritiumproduktion nicht ausreichen. Daher wird ITER auch die Technologie einer Lithium enthaltenden Multiplikationsdecke entwickeln. Daraus soll unter dem Einfluss thermonuklearer Neutronen Tritium synthetisiert werden.

Wir sollten jedoch nicht vergessen, dass es sich hierbei um ein Experiment handelt, auch wenn es teuer ist. Der Tokamak wird nicht mit Turbinen oder anderen Systemen zur Umwandlung von Wärme in Strom ausgestattet. Das heißt, es wird keine kommerziellen Abgase in Form einer direkten Energieerzeugung geben. Warum? Denn dies würde das Projekt aus technischer Sicht nur verkomplizieren und noch teurer machen.

Das Finanzierungsschema ist ziemlich verwirrend. In der Phase des Baus, der Errichtung des Reaktors und anderer Systeme des Komplexes werden etwa 45 % der Kosten von den EU-Ländern getragen, die übrigen Teilnehmer – jeweils 9 %. Allerdings handelt es sich bei den meisten Zuwendungen um „Sachleistungen“. Die meisten Komponenten werden direkt aus den teilnehmenden Ländern an ITER geliefert.

Sie kommen auf dem Seeweg nach Frankreich und vom Hafen zur Baustelle werden sie über eine eigens von der französischen Regierung umgebaute Straße angeliefert. Das Land hat 110 Millionen Euro und vier Jahre Arbeit für die 104 km des ITER-Pfades ausgegeben. Die Strecke wurde verbreitert und verstärkt. Tatsache ist, dass bis 2021 250 Konvois mit riesiger Fracht durchfahren werden. Die schwersten Teile erreichen 900 Tonnen, die höchsten 10 Meter und die längsten 33 Meter.

ITER wurde noch nicht in Betrieb genommen. Allerdings gibt es bereits ein Projekt für ein DEMO-Kernfusionskraftwerk, das die Attraktivität der kommerziellen Nutzung der Technologie demonstrieren soll. Dieser Komplex muss kontinuierlich (und nicht pulsierend wie ITER) 2 GW Energie erzeugen.

Der Zeitpunkt des neuen globalen Projekts hängt vom Erfolg von ITER ab, aber laut dem Plan von 2012 wird der erste Start von DEMO frühestens 2044 erfolgen.

Für eine lange Zeit trudnopisaka hat mich gebeten, einen Beitrag über den im Bau befindlichen thermonuklearen Reaktor zu verfassen. Erfahren Sie interessante Details zur Technologie und erfahren Sie, warum die Umsetzung dieses Projekts so lange dauert. Endlich habe ich das Material gesammelt. Machen wir uns mit den Details des Projekts vertraut.

Wie hat alles angefangen? Die „Energieherausforderung“ entstand durch eine Kombination der folgenden drei Faktoren:

1. Die Menschheit verbraucht heutzutage riesige Mengen an Energie.

Derzeit beträgt der weltweite Energieverbrauch etwa 15,7 Terawatt (TW). Dividiert man diesen Wert durch die Weltbevölkerung, kommt man auf etwa 2400 Watt pro Person, was sich leicht abschätzen und visualisieren lässt. Der Energieverbrauch jedes Erdbewohners (einschließlich Kinder) entspricht dem Rund-um-die-Uhr-Betrieb von 24 100-Watt-Elektrolampen. Allerdings ist der Verbrauch dieser Energie weltweit sehr ungleichmäßig, da er in einigen Ländern sehr hoch und in anderen vernachlässigbar ist. Der Verbrauch (bezogen auf eine Person) beträgt 10,3 kW in den USA (einer der Rekordwerte), 6,3 kW in der Russischen Föderation, 5,1 kW im Vereinigten Königreich usw., ist aber andererseits gleich nur 0,21 kW in Bangladesch (nur 2 % des US-Energieverbrauchs!).

2. Der weltweite Energieverbrauch steigt dramatisch.

Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (2006) wird der weltweite Energieverbrauch bis 2030 voraussichtlich um 50 % steigen. Natürlich könnten die entwickelten Länder auch ohne zusätzliche Energie auskommen, aber dieses Wachstum ist notwendig, um die Menschen in den Entwicklungsländern aus der Armut zu befreien, wo 1,5 Milliarden Menschen unter gravierender Energieknappheit leiden.

3. Derzeit stammen 80 % der weltweiten Energie aus der Verbrennung fossiler Brennstoffe(Öl, Kohle und Gas), deren Verwendung:
a) möglicherweise das Risiko katastrophaler Umweltveränderungen birgt;
b) muss unweigerlich eines Tages enden.

Aus dem Gesagten ist klar, dass wir uns jetzt auf das Ende der Ära der Nutzung fossiler Brennstoffe vorbereiten müssen

Derzeit produzieren Kernkraftwerke in großem Maßstab Energie, die bei Spaltungsreaktionen von Atomkernen freigesetzt wird. Der Aufbau und die Entwicklung solcher Stationen sollte auf jede erdenkliche Weise gefördert werden, allerdings muss berücksichtigt werden, dass die Reserven eines der wichtigsten Materialien für ihren Betrieb (billiges Uran) auch innerhalb der nächsten 50 Jahre vollständig aufgebraucht sein können . Die Möglichkeiten der Kernspaltungsenergie können (und sollten) durch den Einsatz effizienterer Energiekreisläufe erheblich erweitert werden, sodass sich die erzeugte Energiemenge nahezu verdoppeln kann. Um Energie in diese Richtung zu entwickeln, ist es notwendig, Thoriumreaktoren (die sogenannten Thoriumbrüterreaktoren oder Brutreaktoren) zu schaffen, in denen bei der Reaktion mehr Thorium als das ursprüngliche Uran entsteht, wodurch die Gesamtenergiemenge erzeugt wird für eine gegebene Substanzmenge erhöht sich um das 40-fache. Es scheint auch vielversprechend, Plutoniumbrüter mit schnellen Neutronen zu schaffen, die viel effizienter sind als Uranreaktoren und 60-mal mehr Energie produzieren können. Es kann sein, dass zur Erschließung dieser Gebiete neue, nicht standardmäßige Methoden zur Gewinnung von Uran entwickelt werden müssen (z. B. aus Meerwasser, das am besten zugänglich zu sein scheint).

Fusionskraftwerke

Die Abbildung zeigt ein schematisches Diagramm (nicht maßstabsgetreu) der Vorrichtung und des Funktionsprinzips eines thermonuklearen Kraftwerks. Im zentralen Teil befindet sich eine toroidale (Donut-förmige) Kammer mit einem Volumen von ~2000 m3, gefüllt mit Tritium-Deuterium (T-D)-Plasma, das auf eine Temperatur über 100 M°C erhitzt wird. Die bei der Fusionsreaktion (1) entstehenden Neutronen verlassen die „Magnetflasche“ und treten in die in der Abbildung dargestellte Hülle mit einer Dicke von etwa 1 m ein.

Im Inneren der Hülle kollidieren Neutronen mit Lithiumatomen, was zu einer Reaktion führt, bei der Tritium entsteht:

Neutron + Lithium → Helium + Tritium

Darüber hinaus kommt es im System zu Konkurrenzreaktionen (ohne Bildung von Tritium) sowie zu vielen Reaktionen unter Freisetzung zusätzlicher Neutronen, die dann ebenfalls zur Bildung von Tritium führen (in diesem Fall kann es zur Freisetzung zusätzlicher Neutronen kommen). deutlich verstärkt, beispielsweise durch die Einführung von Berylliumatomen in die Hülle und Blei). Die allgemeine Schlussfolgerung ist, dass diese Anlage (zumindest theoretisch) eine Kernfusionsreaktion durchlaufen könnte, bei der Tritium entstehen würde. In diesem Fall sollte die Menge an produziertem Tritium nicht nur den Bedarf der Anlage selbst decken, sondern auch noch etwas größer sein, was die Versorgung neuer Anlagen mit Tritium ermöglicht. Dieses Betriebskonzept muss im nachfolgend beschriebenen ITER-Reaktor getestet und umgesetzt werden.

Darüber hinaus müssen Neutronen die Hülle in sogenannten Pilotanlagen (in denen relativ „normale“ Baumaterialien verwendet werden) auf etwa 400 °C erhitzen. Zukünftig ist geplant, verbesserte Anlagen mit einer Schalenheiztemperatur über 1000 °C zu schaffen, was durch den Einsatz modernster hochfester Materialien (z. B. Siliziumkarbid-Verbundwerkstoffe) erreicht werden kann. Die im Mantel erzeugte Wärme wird, wie bei herkömmlichen Anlagen, vom primären Kühlkreislauf mit einem Kühlmittel (enthält beispielsweise Wasser oder Helium) aufgenommen und an den sekundären Kreislauf übertragen, wo Wasserdampf erzeugt und den Turbinen zugeführt wird.

1985 – Die Sowjetunion schlägt die Tokamak-Anlage der nächsten Generation vor und nutzt dabei die Erfahrung von vier führenden Ländern bei der Entwicklung von Fusionsreaktoren. Die Vereinigten Staaten von Amerika haben gemeinsam mit Japan und der Europäischen Gemeinschaft einen Vorschlag zur Umsetzung des Projekts vorgelegt.

Derzeit wird in Frankreich der unten beschriebene internationale experimentelle thermonukleare Reaktor ITER (International Tokamak Experimental Reactor) gebaut, der der erste Tokamak sein wird, der Plasma „zünden“ kann.

Die fortschrittlichsten bestehenden Tokamak-Anlagen erreichen seit langem Temperaturen von etwa 150 M°C, was nahe den für den Betrieb einer Fusionsstation erforderlichen Werten liegt, doch der ITER-Reaktor sollte das erste Großkraftwerk sein, das auf lange Sicht ausgelegt ist -Befristeter Betrieb. Zukünftig müssen die Betriebsparameter erheblich verbessert werden, was zunächst eine Erhöhung des Drucks im Plasma erfordert, da die Geschwindigkeit der Kernfusion bei einer bestimmten Temperatur proportional zum Quadrat des Drucks ist. Das wissenschaftliche Hauptproblem besteht in diesem Fall darin, dass es bei steigendem Druck im Plasma zu sehr komplexen und gefährlichen Instabilitäten, also instabilen Betriebszuständen, kommt.

Warum brauchen wir das?

Der Hauptvorteil der Kernfusion besteht darin, dass sie nur sehr geringe Mengen an Stoffen benötigt, die in der Natur als Brennstoff sehr häufig vorkommen. Die Kernfusionsreaktion in den beschriebenen Anlagen kann zur Freisetzung enormer Energiemengen führen, die zehn Millionen Mal höher sind als die Standardwärme, die bei herkömmlichen chemischen Reaktionen (z. B. der Verbrennung fossiler Brennstoffe) freigesetzt wird. Zum Vergleich weisen wir darauf hin, dass die benötigte Kohlemenge für den Betrieb eines Wärmekraftwerks mit einer Leistung von 1 Gigawatt (GW) 10.000 Tonnen pro Tag (zehn Eisenbahnwaggons) beträgt und ein Fusionskraftwerk mit der gleichen Leistung nur etwa 10.000 Tonnen Kohle verbraucht 1 Kilogramm der D+T-Mischung pro Tag.

Deuterium ist ein stabiles Wasserstoffisotop; In etwa einem von 3.350 Molekülen gewöhnlichen Wassers ist eines der Wasserstoffatome durch Deuterium ersetzt (ein Erbe des Urknalls). Diese Tatsache macht es einfach, die benötigte Menge Deuterium aus Wasser relativ kostengünstig herzustellen. Es ist schwieriger, Tritium zu gewinnen, das instabil ist (die Halbwertszeit beträgt etwa 12 Jahre, weshalb sein Gehalt in der Natur vernachlässigbar ist). Wie oben gezeigt, tritt Tritium jedoch während des Betriebs direkt im Inneren der thermonuklearen Anlage auf. aufgrund der Reaktion von Neutronen mit Lithium.

Daher besteht der Ausgangsbrennstoff für einen Fusionsreaktor aus Lithium und Wasser. Lithium ist ein häufig vorkommendes Metall, das häufig in Haushaltsgeräten (Handybatterien usw.) verwendet wird. Die oben beschriebene Anlage wird selbst unter Berücksichtigung eines nicht idealen Wirkungsgrades in der Lage sein, 200.000 kWh elektrische Energie zu erzeugen, was der Energie entspricht, die in 70 Tonnen Kohle enthalten ist. Die dafür benötigte Menge Lithium steckt in einer Computerbatterie, die Menge Deuterium in 45 Litern Wasser. Der oben genannte Wert entspricht dem aktuellen Stromverbrauch (berechnet pro Person) in den EU-Ländern über 30 Jahre. Allein die Tatsache, dass eine so unbedeutende Menge Lithium die Erzeugung einer solchen Menge Strom (ohne CO2-Emissionen und ohne die geringste Luftverschmutzung) gewährleisten kann, ist ein ziemlich ernstzunehmendes Argument für die schnellste und stärkste Entwicklung der thermonuklearen Energie (trotz allem). Schwierigkeiten und Probleme) und auch ohne hundertprozentiges Vertrauen in den Erfolg einer solchen Forschung.

Deuterium sollte Millionen von Jahren haltbar sein, und die Reserven an leicht abbaubarem Lithium reichen aus, um den Bedarf für Hunderte von Jahren zu decken. Selbst wenn das Lithium in Gesteinen zur Neige geht, können wir es aus dem Wasser extrahieren, wo es in Konzentrationen vorkommt, die hoch genug sind (100-fache Konzentration von Uran), um seine Gewinnung wirtschaftlich rentabel zu machen.

In der Nähe der Stadt Cadarache in Frankreich wird ein experimenteller thermonuklearer Reaktor (Internationaler thermonuklearer Experimentalreaktor) gebaut. Das Hauptziel des ITER-Projekts ist die Umsetzung einer kontrollierten thermonuklearen Fusionsreaktion im industriellen Maßstab.

Pro Gewichtseinheit thermonuklearen Brennstoffs wird etwa 10 Millionen Mal mehr Energie gewonnen als bei der Verbrennung der gleichen Menge an organischem Brennstoff und etwa hundertmal mehr als bei der Spaltung von Urankernen in den Reaktoren aktuell betriebener Kernkraftwerke. Wenn die Berechnungen von Wissenschaftlern und Designern wahr werden, wird dies der Menschheit eine unerschöpfliche Energiequelle bieten.

Daher haben sich eine Reihe von Ländern (Russland, Indien, China, Korea, Kasachstan, USA, Kanada, Japan, Länder der Europäischen Union) zusammengeschlossen, um den Internationalen Thermonuklearen Forschungsreaktor zu schaffen – einen Prototyp neuer Kraftwerke.

ITER ist eine Anlage, die Bedingungen für die Synthese von Wasserstoff- und Tritiumatomen (einem Isotop von Wasserstoff) schafft, was zur Bildung eines neuen Atoms führt – eines Heliumatoms. Dieser Prozess geht mit einem enormen Energieschub einher: Die Temperatur des Plasmas, in dem die thermonukleare Reaktion stattfindet, beträgt etwa 150 Millionen Grad Celsius (zum Vergleich: Die Temperatur des Sonnenkerns beträgt 40 Millionen Grad). In diesem Fall verbrennen die Isotope, so dass praktisch kein radioaktiver Abfall zurückbleibt.
Das Beteiligungsschema am internationalen Projekt sieht die Lieferung von Reaktorkomponenten und die Finanzierung seines Baus vor. Im Gegenzug erhält jedes der teilnehmenden Länder vollen Zugang zu allen Technologien zur Schaffung eines thermonuklearen Reaktors und zu den Ergebnissen aller experimentellen Arbeiten an diesem Reaktor, die als Grundlage für den Entwurf von thermonuklearen Reaktoren mit serieller Leistung dienen werden.

Der Reaktor, der auf dem Prinzip der Kernfusion basiert, weist keine radioaktive Strahlung auf und ist völlig sicher für die Umwelt. Es kann fast überall auf der Welt gefunden werden und der Brennstoff dafür ist gewöhnliches Wasser. Der Bau von ITER wird voraussichtlich etwa zehn Jahre dauern, danach wird der Reaktor voraussichtlich 20 Jahre lang im Einsatz sein.

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Die Interessen Russlands im Rat der Internationalen Organisation für den Bau des thermonuklearen Reaktors ITER werden in den kommenden Jahren durch das korrespondierende Mitglied der Russischen Akademie der Wissenschaften Michail Kowaltschuk – Direktor des Kurtschatow-Instituts, Institut für Kristallographie der Russischen Akademie der Wissenschaften – vertreten Wissenschaftlicher und wissenschaftlicher Sekretär des Präsidialrats für Wissenschaft, Technologie und Bildung. Kovalchuk wird in diesem Amt vorübergehend den Akademiker Evgeniy Velikhov ersetzen, der für die nächsten zwei Jahre zum Vorsitzenden des ITER International Council gewählt wurde und nicht das Recht hat, diese Position mit den Aufgaben eines offiziellen Vertreters eines teilnehmenden Landes zu kombinieren.

Die Gesamtkosten für den Bau werden auf 5 Milliarden Euro geschätzt, die gleiche Summe wird für den Probebetrieb des Reaktors benötigt. Die Anteile Indiens, Chinas, Koreas, Russlands, der USA und Japans machen jeweils etwa 10 Prozent des Gesamtwerts aus, 45 Prozent stammen aus den Ländern der Europäischen Union. Allerdings haben sich die europäischen Staaten noch nicht darauf geeinigt, wie genau die Kosten zwischen ihnen aufgeteilt werden sollen. Aus diesem Grund wurde der Baubeginn auf April 2010 verschoben. Trotz der jüngsten Verzögerung sagen Wissenschaftler und Beamte, die an ITER beteiligt sind, dass sie das Projekt bis 2018 abschließen können.

Die geschätzte thermonukleare Leistung von ITER beträgt 500 Megawatt. Einzelne Magnetteile erreichen ein Gewicht von 200 bis 450 Tonnen. Zur Kühlung von ITER werden 33.000 Kubikmeter Wasser pro Tag benötigt.

1998 stellten die Vereinigten Staaten die Finanzierung ihrer Beteiligung an dem Projekt ein. Nachdem die Republikaner an die Macht gekommen waren und es in Kalifornien immer wieder zu Stromausfällen kam, kündigte die Bush-Regierung erhöhte Investitionen in Energie an. Die Vereinigten Staaten hatten nicht die Absicht, sich an dem internationalen Projekt zu beteiligen und waren an einem eigenen thermonuklearen Projekt beteiligt. Anfang 2002 sagte John Marburger III, Technologieberater von Präsident Bush, dass die Vereinigten Staaten ihre Meinung geändert hätten und beabsichtigten, zu dem Projekt zurückzukehren.

Von der Teilnehmerzahl her ist das Projekt vergleichbar mit einem anderen großen internationalen Wissenschaftsprojekt – der Internationalen Raumstation. Die Kosten für ITER, die zuvor 8 Milliarden Dollar erreichten, beliefen sich damals auf weniger als 4 Milliarden. Aufgrund des Ausstiegs der USA aus der Beteiligung wurde beschlossen, die Reaktorleistung von 1,5 GW auf 500 MW zu reduzieren. Dementsprechend ist auch der Preis des Projekts gesunken.

Im Juni 2002 fand in der russischen Hauptstadt das Symposium „ITER Days in Moskau“ statt. Es wurden die theoretischen, praktischen und organisatorischen Probleme der Wiederbelebung des Projekts erörtert, dessen Erfolg das Schicksal der Menschheit verändern und ihr eine neue Art von Energie verleihen kann, die in Effizienz und Wirtschaftlichkeit nur mit der Energie der Sonne vergleichbar ist.

Im Juli 2010 genehmigten Vertreter der am internationalen thermonuklearen Reaktorprojekt ITER beteiligten Länder auf einer außerordentlichen Sitzung in Cadarache, Frankreich, dessen Budget und Bauplan. .

Auf der letzten außerordentlichen Sitzung stimmten die Projektteilnehmer dem Starttermin für die ersten Experimente mit Plasma zu – 2019. Vollständige Experimente sind für März 2027 geplant, obwohl die Projektleitung technische Spezialisten gebeten hat, zu versuchen, den Prozess zu optimieren und mit den Experimenten im Jahr 2026 zu beginnen. Die Sitzungsteilnehmer entschieden auch über die Kosten für den Bau des Reaktors, die für den Bau der Anlage geplanten Beträge wurden jedoch nicht bekannt gegeben. Nach Informationen, die der Herausgeber des Portals ScienceNOW aus einer ungenannten Quelle erhalten hat, könnten die Kosten des ITER-Projekts bis zum Beginn der Experimente 16 Milliarden Euro erreichen.

Das Treffen in Cadarache markierte auch den ersten offiziellen Arbeitstag für den neuen Projektleiter, den japanischen Physiker Osamu Motojima. Vor ihm wurde das Projekt seit 2005 vom Japaner Kaname Ikeda geleitet, der seinen Posten sofort nach Genehmigung des Budgets und der Baufristen aufgeben wollte.

Der Fusionsreaktor ITER ist ein Gemeinschaftsprojekt der Europäischen Union, der Schweiz, Japan, den USA, Russland, Südkorea, China und Indien. Die Idee, ITER zu schaffen, wird seit den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts in Betracht gezogen. Aufgrund finanzieller und technischer Schwierigkeiten steigen jedoch die Kosten des Projekts ständig und der Baubeginntermin wird ständig verschoben. Im Jahr 2009 erwarteten Experten, dass die Arbeiten zum Bau des Reaktors im Jahr 2010 beginnen würden. Später wurde dieses Datum verschoben und als Startzeitpunkt des Reaktors zunächst 2018 und dann 2019 genannt.

Thermonukleare Fusionsreaktionen sind Reaktionen der Verschmelzung von Kernen leichter Isotope zu einem schwereren Kern, die mit einer enormen Energiefreisetzung einhergehen. Theoretisch können Fusionsreaktoren viel Energie zu geringen Kosten produzieren, aber derzeit geben Wissenschaftler viel mehr Energie und Geld aus, um die Fusionsreaktion zu starten und aufrechtzuerhalten.

Die Kernfusion ist eine kostengünstige und umweltfreundliche Möglichkeit zur Energieerzeugung. Auf der Sonne findet seit Milliarden von Jahren eine unkontrollierte Kernfusion statt – Helium entsteht aus dem schweren Wasserstoffisotop Deuterium. Dabei wird eine enorme Energiemenge freigesetzt. Allerdings haben die Menschen auf der Erde noch nicht gelernt, solche Reaktionen zu kontrollieren.

Der ITER-Reaktor wird Wasserstoffisotope als Brennstoff verwenden. Bei einer thermonuklearen Reaktion wird Energie frei, wenn sich leichte Atome zu schwereren verbinden. Um dies zu erreichen, muss das Gas auf eine Temperatur von über 100 Millionen Grad erhitzt werden – viel höher als die Temperatur im Zentrum der Sonne. Gas verwandelt sich bei dieser Temperatur in Plasma. Gleichzeitig verschmelzen Atome von Wasserstoffisotopen und verwandeln sich unter Freisetzung einer großen Anzahl von Neutronen in Heliumatome. Ein nach diesem Prinzip arbeitendes Kraftwerk nutzt die Energie von Neutronen, die durch eine Schicht aus dichtem Material (Lithium) abgebremst werden.

Warum hat die Errichtung thermonuklearer Anlagen so lange gedauert?

Warum sind so wichtige und wertvolle Anlagen, über deren Nutzen seit fast einem halben Jahrhundert diskutiert wird, noch nicht entstanden? Es gibt drei Hauptgründe (siehe unten), von denen der erste als extern oder sozial bezeichnet werden kann und die anderen beiden als intern bezeichnet werden können, d. h. durch die Gesetze und Bedingungen der Entwicklung der thermonuklearen Energie selbst bestimmt werden.

1. Lange Zeit glaubte man, dass das Problem der praktischen Nutzung der Kernfusionsenergie keine dringenden Entscheidungen und Maßnahmen erforderte, da in den 80er Jahren des letzten Jahrhunderts die fossilen Brennstoffquellen unerschöpflich schienen, Umweltprobleme und der Klimawandel jedoch schon die Öffentlichkeit nicht betreffen. Im Jahr 1976 versuchte der Beratungsausschuss für Fusionsenergie des US-Energieministeriums, den Zeitrahmen für Forschung und Entwicklung sowie ein Demonstrations-Fusionskraftwerk im Rahmen verschiedener Forschungsfinanzierungsoptionen abzuschätzen. Gleichzeitig wurde festgestellt, dass die Höhe der jährlichen Mittel für die Forschung in dieser Richtung völlig unzureichend ist und die Errichtung thermonuklearer Anlagen bei Beibehaltung des bestehenden Mittelniveaus nie erfolgreich sein wird, da die zugewiesenen Mittel nicht übereinstimmen sogar auf das minimale, kritische Niveau.

2. Ein schwerwiegenderes Hindernis für die Entwicklung der Forschung auf diesem Gebiet besteht darin, dass eine thermonukleare Anlage der diskutierten Art nicht im kleinen Maßstab erstellt und demonstriert werden kann. Aus den nachstehenden Erläuterungen wird deutlich, dass die Kernfusion nicht nur einen magnetischen Einschluss des Plasmas, sondern auch eine ausreichende Erwärmung desselben erfordert. Das Verhältnis von aufgewendeter und aufgenommener Energie steigt mindestens proportional zum Quadrat der linearen Abmessungen der Anlage, wodurch die wissenschaftlichen und technischen Fähigkeiten und Vorteile thermonuklearer Anlagen nur an größeren Stationen, wie z wie der erwähnte ITER-Reaktor. Die Gesellschaft war einfach nicht bereit, solch große Projekte zu finanzieren, solange kein ausreichendes Vertrauen in den Erfolg bestand.

3. Die Entwicklung der thermonuklearen Energie war sehr komplex, doch (trotz unzureichender Finanzierung und Schwierigkeiten bei der Auswahl von Zentren für die Errichtung von JET- und ITER-Anlagen) konnten in den letzten Jahren deutliche Fortschritte beobachtet werden, obwohl noch keine Betriebsstation errichtet wurde.

Die moderne Welt steht vor einer sehr ernsten Energieherausforderung, die man genauer als „unsichere Energiekrise“ bezeichnen kann. Das Problem hängt mit der Tatsache zusammen, dass die Reserven an fossilen Brennstoffen in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts erschöpft sein könnten. Darüber hinaus kann die Verbrennung fossiler Brennstoffe dazu führen, dass das in die Atmosphäre freigesetzte Kohlendioxid (das oben erwähnte CCS-Programm) irgendwie abgesondert und „gelagert“ werden muss, um größere Klimaveränderungen auf dem Planeten zu verhindern.

Derzeit wird fast die gesamte von der Menschheit verbrauchte Energie durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt, und die Lösung des Problems kann mit der Nutzung von Solarenergie oder Kernenergie (der Schaffung von Reaktoren zur Erzeugung schneller Neutronen usw.) verbunden sein. Das globale Problem, das durch die wachsende Bevölkerung der Entwicklungsländer und deren Notwendigkeit, den Lebensstandard zu verbessern und die Menge der erzeugten Energie zu erhöhen, verursacht wird, kann nicht allein auf der Grundlage dieser Ansätze gelöst werden, obwohl natürlich alle Versuche unternommen werden, alternative Methoden der Energieerzeugung zu entwickeln sollte ermutigt werden.

Streng genommen haben wir eine kleine Auswahl an Verhaltensstrategien und die Entwicklung der thermonuklearen Energie ist äußerst wichtig, auch wenn es keine Erfolgsgarantie gibt. Die Zeitung Financial Times (vom 25. Januar 2004) schrieb dazu:

Hoffen wir, dass es auf dem Weg zur Entwicklung der thermonuklearen Energie keine großen und unerwarteten Überraschungen gibt. In diesem Fall können wir in etwa 30 Jahren erstmals elektrischen Strom daraus in Energienetze einspeisen und in etwas mehr als 10 Jahren wird das erste kommerzielle thermonukleare Kraftwerk seinen Betrieb aufnehmen. Es ist möglich, dass in der zweiten Hälfte dieses Jahrhunderts die Kernfusionsenergie beginnt, fossile Brennstoffe zu ersetzen und nach und nach eine immer wichtigere Rolle bei der Energieversorgung der Menschheit auf globaler Ebene zu spielen.

Es gibt keine absolute Garantie dafür, dass die Aufgabe der Erzeugung thermonuklearer Energie (als wirksame und groß angelegte Energiequelle für die gesamte Menschheit) erfolgreich abgeschlossen wird, aber die Erfolgswahrscheinlichkeit in dieser Richtung ist recht hoch. Angesichts des enormen Potenzials thermonuklearer Kraftwerke können alle Kosten für Projekte für deren schnelle (und sogar beschleunigte) Entwicklung als gerechtfertigt angesehen werden, insbesondere da diese Investitionen vor dem Hintergrund des monströsen globalen Energiemarkts (4 Billionen US-Dollar pro Jahr8) sehr bescheiden erscheinen. Die Deckung des Energiebedarfs der Menschheit ist ein sehr ernstes Problem. Da fossile Brennstoffe immer weniger verfügbar sind (und ihre Verwendung unerwünscht wird), ändert sich die Situation, und wir können es uns einfach nicht leisten, auf die Entwicklung der Fusionsenergie zu verzichten.

Auf die Frage „Wann erscheint thermonukleare Energie?“ Lev Artsimovich (ein anerkannter Pionier und Forschungsleiter auf diesem Gebiet) antwortete einmal: „Es wird geschaffen, wenn es für die Menschheit wirklich notwendig wird.“

ITER wird der erste Fusionsreaktor sein, der mehr Energie produziert, als er verbraucht. Wissenschaftler messen diese Eigenschaft mit einem einfachen Koeffizienten, den sie „Q“ nennen. Wenn ITER alle seine wissenschaftlichen Ziele erreicht, wird es zehnmal mehr Energie produzieren, als es verbraucht. Das letzte gebaute Gerät, der Joint European Torus in England, ist ein kleinerer Prototyp eines Fusionsreaktors, der in der Endphase der wissenschaftlichen Forschung einen Q-Wert von fast 1 erreichte. Das bedeutet, dass er genau die gleiche Energiemenge produzierte, wie er verbrauchte . ITER wird darüber hinausgehen, indem es die Energieerzeugung durch Fusion demonstriert und einen Q-Wert von 10 erreicht. Die Idee besteht darin, aus einem Energieverbrauch von etwa 50 MW 500 MW zu erzeugen. Eines der wissenschaftlichen Ziele von ITER ist daher der Nachweis, dass ein Q-Wert von 10 erreicht werden kann.

Ein weiteres wissenschaftliches Ziel besteht darin, dass ITER eine sehr lange „Brennzeit“ haben wird – einen Impuls mit einer längeren Dauer von bis zu einer Stunde. ITER ist ein Forschungsreaktor, der nicht kontinuierlich Energie produzieren kann. Wenn ITER den Betrieb aufnimmt, ist es eine Stunde lang eingeschaltet, danach muss es ausgeschaltet werden. Dies ist wichtig, da die von uns bisher entwickelten Standardgeräte eine Brenndauer von mehreren Sekunden oder sogar Zehntelsekunden erreichen konnten – das ist das Maximum. Der „Joint European Torus“ erreichte seinen Q-Wert von 1 bei einer Brenndauer von etwa zwei Sekunden bei einer Pulslänge von 20 Sekunden. Aber ein Prozess, der nur wenige Sekunden dauert, ist nicht wirklich dauerhaft. Analog zum Starten eines Automotors: Das kurzzeitige Einschalten und anschließende Ausschalten des Motors ist noch kein wirklicher Betrieb des Autos. Erst wenn Sie Ihr Auto eine halbe Stunde lang fahren, erreicht es einen konstanten Betriebsmodus und zeigt, dass ein solches Auto wirklich gefahren werden kann.

Das heißt, aus technischer und wissenschaftlicher Sicht wird ITER einen Q-Wert von 10 und eine längere Brenndauer liefern.

Das Kernfusionsprogramm ist wirklich international und breit angelegt. Die Menschen rechnen bereits mit dem Erfolg von ITER und denken über den nächsten Schritt nach – die Schaffung eines Prototyps eines industriellen thermonuklearen Reaktors namens DEMO. Um es zu bauen, muss ITER funktionieren. Wir müssen unsere wissenschaftlichen Ziele erreichen, denn das bedeutet, dass die von uns vorgeschlagenen Ideen durchaus realisierbar sind. Allerdings stimme ich zu, dass man immer darüber nachdenken sollte, was als nächstes kommt. Darüber hinaus wird sich unser Wissen nach 25 bis 30 Jahren Betrieb von ITER nach und nach vertiefen und erweitern und wir werden in der Lage sein, unseren nächsten Schritt genauer zu skizzieren.

Tatsächlich gibt es keine Debatte darüber, ob ITER ein Tokamak sein sollte. Manche Wissenschaftler stellen die Frage ganz anders: Sollte es ITER geben? Experten in verschiedenen Ländern, die ihre eigenen, nicht so großen thermonuklearen Projekte entwickeln, argumentieren, dass ein so großer Reaktor überhaupt nicht benötigt wird.

Ihre Meinung sollte jedoch kaum als maßgeblich angesehen werden. An der Entstehung von ITER waren Physiker beteiligt, die sich seit mehreren Jahrzehnten mit Ringfallen beschäftigen. Der Entwurf des experimentellen thermonuklearen Reaktors in Karadash basierte auf allen Erkenntnissen, die bei Experimenten mit Dutzenden Vorgänger-Tokamaks gewonnen wurden. Und diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei dem Reaktor um einen Tokamak handeln muss, und zwar um einen großen.

JET Der derzeit erfolgreichste Tokamak kann als JET angesehen werden, der von der EU in der britischen Stadt Abingdon gebaut wurde. Dies ist der größte bisher gebaute Reaktor vom Tokamak-Typ, der große Radius des Plasmatorus beträgt 2,96 Meter. Die Leistung der thermonuklearen Reaktion hat bereits mehr als 20 Megawatt bei einer Verweilzeit von bis zu 10 Sekunden erreicht. Der Reaktor gibt etwa 40 % der in das Plasma eingebrachten Energie zurück.

Es ist die Physik des Plasmas, die die Energiebilanz bestimmt“, sagte Igor Semenov gegenüber Infox.ru. Der außerordentliche Professor des MIPT beschrieb die Energiebilanz anhand eines einfachen Beispiels: „Wir haben alle schon einmal ein Feuer brennen sehen. Tatsächlich brennt dort aber kein Holz, sondern Gas. Die Energiekette dort ist so: Das Gas brennt, das Holz erhitzt sich, das Holz verdampft, das Gas brennt wieder. Wenn wir also Wasser ins Feuer werfen, entziehen wir dem System schlagartig Energie für den Phasenübergang von flüssigem Wasser in einen Dampfzustand. Der Saldo wird negativ und das Feuer erlischt. Es geht auch anders: Wir können einfach die Feuerbrände nehmen und sie im Weltraum verteilen. Auch das Feuer wird erlöschen. Das Gleiche gilt für den thermonuklearen Reaktor, den wir bauen. Die Abmessungen sind so gewählt, dass für diesen Reaktor eine entsprechende positive Energiebilanz entsteht. Ausreichend, um in Zukunft ein echtes Kernkraftwerk zu bauen und in diesem experimentellen Stadium alle Probleme zu lösen, die derzeit noch ungelöst sind.“

Die Abmessungen des Reaktors wurden einmal geändert. Dies geschah an der Wende vom 20. zum 21. Jahrhundert, als sich die Vereinigten Staaten aus dem Projekt zurückzogen und die verbleibenden Mitglieder erkannten, dass das ITER-Budget (damals wurde es auf 10 Milliarden US-Dollar geschätzt) zu groß war. Um die Installationskosten zu senken, waren Physiker und Ingenieure gefragt. Und das war nur aufgrund der Größe möglich. Die „Neugestaltung“ von ITER wurde vom französischen Physiker Robert Aymar geleitet, der zuvor am französischen Tokamak Tore Supra in Karadash gearbeitet hatte. Der Außenradius des Plasmatorus wurde von 8,2 auf 6,3 Meter reduziert. Die mit der Größenreduzierung verbundenen Risiken wurden jedoch teilweise durch mehrere zusätzliche supraleitende Magnete kompensiert, die die Umsetzung des damals offenen und untersuchten Plasma-Einschlussmodus ermöglichten.

Quelle
http://ehorussia.com
http://oko-planet.su

Fusionskraftwerk.

Derzeit arbeiten Wissenschaftler an der Schaffung eines thermonuklearen Kraftwerks, dessen Vorteil darin besteht, die Menschheit unbegrenzt mit Strom zu versorgen. Ein thermonukleares Kraftwerk basiert auf der thermonuklearen Fusion – der Reaktion der Synthese schwerer Wasserstoffisotope unter Bildung von Helium und der Freisetzung von Energie. Bei der thermonuklearen Fusionsreaktion entstehen keine gasförmigen oder flüssigen radioaktiven Abfälle und kein Plutonium, das zur Herstellung von Atomwaffen verwendet wird. Wenn wir auch berücksichtigen, dass der Brennstoff für thermonukleare Kraftwerke das schwere Wasserstoffisotop Deuterium sein wird, das aus einfachem Wasser gewonnen wird – ein halber Liter Wasser enthält Fusionsenergie, die der Energie entspricht, die durch die Verbrennung eines Fasses Benzin gewonnen wird – dann sind die Vorteile von Kraftwerke, die auf thermonuklearen Reaktionen basieren, werden offensichtlich.

Bei einer thermonuklearen Reaktion wird Energie freigesetzt, wenn sich leichte Atome verbinden und in schwerere verwandeln. Um dies zu erreichen, ist es notwendig, das Gas auf eine Temperatur von über 100 Millionen Grad zu erhitzen – viel höher als die Temperatur im Zentrum der Sonne.

Gas verwandelt sich bei dieser Temperatur in Plasma. Gleichzeitig verschmelzen Atome von Wasserstoffisotopen, verwandeln sich in Heliumatome und Neutronen und setzen eine große Energiemenge frei. Ein kommerzielles Kraftwerk, das nach diesem Prinzip arbeitet, würde die Energie von Neutronen nutzen, die durch eine Schicht aus dichtem Material (Lithium) moderiert werden.

Im Vergleich zu einem Kernkraftwerk hinterlässt ein Fusionsreaktor deutlich weniger radioaktive Abfälle.

Internationaler thermonuklearer Reaktor ITER

Die Teilnehmer des internationalen Konsortiums zur Errichtung des weltweit ersten thermonuklearen Reaktors ITER haben in Brüssel eine Vereinbarung unterzeichnet, die den Startschuss für die praktische Umsetzung des Projekts gibt.

Vertreter der Europäischen Union, der USA, Japans, Chinas, Südkoreas und Russlands wollen 2007 mit dem Bau des Versuchsreaktors beginnen und ihn innerhalb von acht Jahren fertigstellen. Wenn alles nach Plan läuft, könnte bis 2040 ein Demonstrationskraftwerk nach dem neuen Prinzip entstehen.

Ich würde gerne glauben, dass die Ära umweltgefährdender Wasser- und Kernkraftwerke bald zu Ende geht und die Zeit für ein neues Kraftwerk kommt – ein thermonukleares Kraftwerk, dessen Projekt bereits umgesetzt wird. Aber trotz der Tatsache, dass das ITER-Projekt (International Thermonuclear Reactor) fast fertig ist; Trotz der Tatsache, dass bereits in den ersten in Betrieb befindlichen experimentellen thermonuklearen Reaktoren eine Leistung von mehr als 10 MW erzielt wurde – das Niveau der ersten Kernkraftwerke – wird das erste thermonukleare Kraftwerk nicht früher als in zwanzig Jahren in Betrieb gehen, da seine Kosten sehr hoch sind . Die Kosten der Arbeiten werden auf 10 Milliarden Euro geschätzt – es handelt sich um das teuerste internationale Kraftwerksprojekt. Die Hälfte der Kosten für den Bau des Reaktors wird von der Europäischen Union übernommen. Andere Konsortialteilnehmer stellen 10 % des Kostenvoranschlags zur Verfügung.

Nun muss der Plan zum Bau des Reaktors, der das teuerste gemeinsame wissenschaftliche Projekt aller Zeiten werden wird, von den Parlamentariern der Mitgliedsländer des Konsortiums ratifiziert werden.

Der Reaktor wird in der südfranzösischen Provinz Provence in der Nähe der Stadt Cadarache gebaut, wo sich das französische Kernforschungszentrum befindet.

Heutzutage beteiligen sich viele Länder an der thermonuklearen Forschung. Spitzenreiter sind die Europäische Union, die Vereinigten Staaten, Russland und Japan, während die Programme in China, Brasilien, Kanada und Korea rasch expandieren. Ursprünglich wurden Fusionsreaktoren in den USA und der UdSSR mit der Entwicklung von Atomwaffen in Verbindung gebracht und blieben bis zur Konferenz „Atoms for Peace“, die 1958 in Genf stattfand, geheim. Nach der Schaffung des sowjetischen Tokamaks wurde die Kernfusionsforschung in den 1970er Jahren zur „großen Wissenschaft“. Doch die Kosten und die Komplexität der Geräte stiegen so sehr, dass internationale Zusammenarbeit der einzige Weg nach vorn wurde.

Thermonukleare Reaktoren der Welt

Seit den 1970er Jahren verzögerte sich die kommerzielle Nutzung der Fusionsenergie kontinuierlich um 40 Jahre. Allerdings hat sich in den letzten Jahren einiges getan, was eine Verkürzung dieses Zeitraums ermöglichen könnte.

Es wurden mehrere Tokamaks gebaut, darunter der europäische JET, der britische MAST und der experimentelle Fusionsreaktor TFTR in Princeton, USA. Das internationale ITER-Projekt befindet sich derzeit im französischen Cadarache im Bau. Bei seiner Inbetriebnahme im Jahr 2020 wird es der größte Tokamak sein. Im Jahr 2030 wird China CFETR bauen, das ITER übertreffen wird. Unterdessen forscht China am experimentellen supraleitenden Tokamak EAST.

Auch ein anderer Typ von Fusionsreaktoren, die Stellatoren, sind bei Forschern beliebt. Einer der größten, LHD, nahm 1998 seine Arbeit am japanischen Nationalinstitut auf. Es wird verwendet, um die beste magnetische Konfiguration für den Plasmaeinschluss zu finden. Das deutsche Max-Planck-Institut forschte zwischen 1988 und 2002 am Reaktor Wendelstein 7-AS in Garching und derzeit am Reaktor Wendelstein 7-X, dessen Bau mehr als 19 Jahre dauerte. Ein weiterer TJII-Stellarator ist in Madrid, Spanien, in Betrieb. In den USA stoppte das Princeton Laboratory (PPPL), das 1951 den ersten Fusionsreaktor dieser Art baute, den Bau des NCSX im Jahr 2008 aufgrund von Kostenüberschreitungen und fehlender Finanzierung.

Darüber hinaus wurden erhebliche Fortschritte in der Trägheitsfusionsforschung erzielt. Der Bau der 7 Milliarden US-Dollar teuren National Ignition Facility (NIF) am Livermore National Laboratory (LLNL), finanziert von der National Nuclear Security Administration, wurde im März 2009 abgeschlossen. Der französische Laser Mégajoule (LMJ) nahm im Oktober 2014 seinen Betrieb auf. Fusionsreaktoren verwenden Laser, die innerhalb weniger Milliardstel Sekunden etwa 2 Millionen Joule Lichtenergie auf ein wenige Millimeter großes Ziel abgeben, um eine Kernfusionsreaktion auszulösen. Die Hauptaufgabe von NIF und LMJ ist die Forschung zur Unterstützung nationaler militärischer Nuklearprogramme.

ITER

1985 schlug die Sowjetunion vor, gemeinsam mit Europa, Japan und den Vereinigten Staaten einen Tokamak der nächsten Generation zu bauen. Die Arbeiten wurden unter der Schirmherrschaft der IAEO durchgeführt. Zwischen 1988 und 1990 entstanden die ersten Entwürfe für den Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktor ITER, was auf Lateinisch auch „Pfad“ oder „Reise“ bedeutet, um zu beweisen, dass Fusion mehr Energie produzieren kann, als sie absorbiert. Auch Kanada und Kasachstan beteiligten sich unter Vermittlung von Euratom bzw. Russland.

Sechs Jahre später genehmigte der ITER-Vorstand den ersten umfassenden Reaktorentwurf auf der Grundlage etablierter Physik und Technologie, der 6 Milliarden US-Dollar kostete. Dann zogen sich die Vereinigten Staaten aus dem Konsortium zurück, was sie zwang, die Kosten zu halbieren und das Projekt zu ändern. Das Ergebnis ist ITER-FEAT, das 3 Milliarden US-Dollar kostet, aber eine selbsttragende Reaktion und eine positive Leistungsbilanz erzielt.

Im Jahr 2003 traten die Vereinigten Staaten dem Konsortium wieder bei und China bekundete seinen Wunsch, daran teilzunehmen. Daraufhin einigten sich die Partner Mitte 2005 auf den Bau von ITER in Cadarache im Süden Frankreichs. Die EU und Frankreich steuerten die Hälfte der 12,8 Milliarden Euro bei, während Japan, China, Südkorea, die USA und Russland jeweils 10 % beisteuerten. Japan lieferte High-Tech-Komponenten, unterhielt eine 1 Milliarde Euro teure IFMIF-Anlage zum Testen von Materialien und hatte das Recht, den nächsten Testreaktor zu bauen. Die Gesamtkosten von ITER umfassen die Hälfte der Kosten für 10 Jahre Bauzeit und die Hälfte für 20 Jahre Betrieb. Indien wurde Ende 2005 das siebte Mitglied von ITER.

2018 sollen Experimente mit Wasserstoff beginnen, um eine Aktivierung der Magnete zu vermeiden. Der Einsatz von D-T-Plasma wird nicht vor 2026 erwartet.

Ziel von ITER ist es, 500 MW (zumindest für 400 s) mit weniger als 50 MW Eingangsleistung zu erzeugen, ohne Strom zu erzeugen.

Das Zwei-Gigawatt-Demonstrationskraftwerk von Demo wird dauerhaft große Mengen produzieren. Der konzeptionelle Entwurf der Demo wird bis 2017 abgeschlossen sein, der Bau beginnt im Jahr 2024. Der Start erfolgt im Jahr 2033.

JET

1978 startete die EU (Euratom, Schweden und Schweiz) das gemeinsame europäische Projekt JET im Vereinigten Königreich. JET ist heute der größte in Betrieb befindliche Tokamak der Welt. Ein ähnlicher JT-60-Reaktor ist am japanischen National Fusion Institute in Betrieb, aber nur JET kann Deuterium-Tritium-Brennstoff verwenden.

Der Reaktor wurde 1983 in Betrieb genommen und war das erste Experiment, das im November 1991 zu einer kontrollierten thermonuklearen Fusion mit einer Leistung von bis zu 16 MW für eine Sekunde und einer stabilen Leistung von 5 MW auf Deuterium-Tritium-Plasma führte. Es wurden viele Experimente durchgeführt, um verschiedene Heizsysteme und andere Techniken zu untersuchen.

Weitere Verbesserungen am JET umfassen eine Erhöhung seiner Leistung. Der Kompaktreaktor MAST wird gemeinsam mit JET entwickelt und ist Teil des ITER-Projekts.

K-STAR

K-STAR ist ein koreanischer supraleitender Tokamak vom National Fusion Research Institute (NFRI) in Daejeon, der Mitte 2008 sein erstes Plasma produzierte. ITER, das Ergebnis internationaler Zusammenarbeit. Der Tokamak mit einem Radius von 1,8 m ist der erste Reaktor, der supraleitende Nb3Sn-Magnete verwendet, die gleichen, die auch für ITER geplant sind. In der ersten Phase, die 2012 abgeschlossen wurde, musste K-STAR die Machbarkeit der zugrunde liegenden Technologien nachweisen und Plasmaimpulse mit einer Dauer von bis zu 20 Sekunden erreichen. In der zweiten Phase (2013–2017) wird es modernisiert, um lange Impulse bis zu 300 s im H-Modus zu untersuchen und in einen Hochleistungs-AT-Modus überzugehen. Ziel der dritten Phase (2018–2023) ist die Erzielung einer hohen Produktivität und Effizienz im Langpulsbetrieb. In Stufe 4 (2023-2025) werden DEMO-Technologien getestet. Das Gerät kann nicht mit Tritium betrieben werden und verwendet keinen D-T-Kraftstoff.

K-DEMO

K-DEMO wurde in Zusammenarbeit mit dem Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) des US-Energieministeriums und dem südkoreanischen NFRI entwickelt und soll der nächste Schritt in der kommerziellen Reaktorentwicklung über ITER hinaus sein und das erste Kraftwerk sein, das in der Lage ist, Strom zu erzeugen das Stromnetz, nämlich 1 Million kW innerhalb weniger Wochen. Es wird einen Durchmesser von 6,65 m haben und über ein Reproduktionszonenmodul verfügen, das im Rahmen des DEMO-Projekts erstellt wurde. Das koreanische Ministerium für Bildung, Wissenschaft und Technologie plant, etwa eine Billion koreanische Won (941 Millionen US-Dollar) in das Projekt zu investieren.

OST

Chinas Experimental Advanced Supraconducting Tokamak (EAST) am Institute of Physics of China in Hefei erzeugte Wasserstoffplasma bei einer Temperatur von 50 Millionen °C und hielt diese 102 Sekunden lang aufrecht.

TFTR

Im amerikanischen Labor PPPL war der experimentelle Fusionsreaktor TFTR von 1982 bis 1997 in Betrieb. Im Dezember 1993 führte TFTR als erster magnetischer Tokamak umfangreiche Deuterium-Tritium-Plasmaexperimente durch. Im folgenden Jahr produzierte der Reaktor die damalige Rekordleistung von 10,7 MW an regelbarer Leistung, und 1995 wurde ein Temperaturrekord von 510 Millionen °C erreicht. Allerdings erreichte die Anlage nicht das Break-Even-Ziel der Fusionsenergie, sondern erfüllte erfolgreich die Hardware-Designziele und leistete damit einen wesentlichen Beitrag zur Entwicklung von ITER.

Linkslenker

Der LHD am japanischen National Fusion Institute in Toki, Präfektur Gifu, war der größte Stellarator der Welt. Der Fusionsreaktor wurde 1998 in Betrieb genommen und zeigte Plasmaeinschlusseigenschaften, die mit denen anderer großer Anlagen vergleichbar waren. Es wurden eine Ionentemperatur von 13,5 keV (ca. 160 Millionen °C) und eine Energie von 1,44 MJ erreicht.

Wendelstein 7-X

Nach einem Testjahr, das Ende 2015 begann, erreichten die Heliumtemperaturen kurzzeitig 1 Million °C. Im Jahr 2016 erreichte ein Wasserstoff-Plasma-Fusionsreaktor mit einer Leistung von 2 MW innerhalb einer Viertelsekunde eine Temperatur von 80 Millionen °C. W7-X ist der größte Stellarator der Welt und soll 30 Minuten lang ununterbrochen in Betrieb sein. Die Kosten für den Reaktor betrugen 1 Milliarde €.

NIF

Die National Ignition Facility (NIF) am Livermore National Laboratory (LLNL) wurde im März 2009 fertiggestellt. Mit seinen 192 Laserstrahlen ist NIF in der Lage, 60-mal mehr Energie zu konzentrieren als jedes andere Lasersystem zuvor.

Kalte Fusion

Im März 1989 gaben zwei Forscher, der Amerikaner Stanley Pons und der Brite Martin Fleischman, bekannt, dass sie einen einfachen Kaltfusionsreaktor auf Tischbasis in Betrieb genommen hatten, der bei Raumtemperatur betrieben wurde. Der Prozess beinhaltete die Elektrolyse von schwerem Wasser mithilfe von Palladiumelektroden, auf denen Deuteriumkerne in hoher Dichte konzentriert waren. Die Forscher sagen, es habe Wärme erzeugt, die nur mit Kernprozessen erklärt werden könne, und es habe Fusionsnebenprodukte wie Helium, Tritium und Neutronen gegeben. Andere Experimentatoren konnten dieses Experiment jedoch nicht wiederholen. Der Großteil der wissenschaftlichen Gemeinschaft glaubt nicht, dass Kaltfusionsreaktoren real sind.

Kernreaktionen mit niedriger Energie

Ausgehend von Behauptungen der „kalten Fusion“ wurde die Forschung im Niedrigenergiebereich mit einiger empirischer Unterstützung, aber ohne allgemein akzeptierte wissenschaftliche Erklärung fortgesetzt. Anscheinend werden schwache Kernwechselwirkungen genutzt, um Neutronen zu erzeugen und einzufangen (und nicht eine starke Kraft, wie bei ihrer Fusion). Bei Experimenten passiert Wasserstoff oder Deuterium eine katalytische Schicht und reagiert mit einem Metall. Forscher berichten von einer beobachteten Energiefreisetzung. Das wichtigste praktische Beispiel ist die Wechselwirkung von Wasserstoff mit Nickelpulver, bei der Wärme in einer Menge freigesetzt wird, die größer ist, als jede chemische Reaktion erzeugen kann.

Wir sagen, dass wir die Sonne in eine Kiste stecken werden. Die Idee ist hübsch. Das Problem ist, dass wir nicht wissen, wie wir die Box herstellen sollen.

Pierre-Gilles de Gennes
Französischer Nobelpreisträger

Alle elektronischen Geräte und Maschinen benötigen Energie und die Menschheit verbraucht viel davon. Doch die fossilen Brennstoffe gehen zur Neige und alternative Energien sind noch nicht wirksam genug.
Es gibt eine Methode zur Energiegewinnung, die allen Anforderungen optimal gerecht wird: die Kernfusion. Die Reaktion der Kernfusion (die Umwandlung von Wasserstoff in Helium und die Freisetzung von Energie) findet ständig in der Sonne statt und dieser Prozess gibt dem Planeten Energie in Form von Sonnenstrahlen. Sie müssen es nur auf der Erde in kleinerem Maßstab nachahmen. Es reicht aus, einen hohen Druck und eine sehr hohe Temperatur (zehnmal höher als auf der Sonne) bereitzustellen, und die Fusionsreaktion wird gestartet. Um solche Bedingungen zu schaffen, müssen Sie einen thermonuklearen Reaktor bauen. Es wird mehr Ressourcen auf der Erde verbrauchen, sicherer und leistungsfähiger sein als herkömmliche Kernkraftwerke. Seit mehr als 40 Jahren werden Bauversuche unternommen und Experimente durchgeführt. In den letzten Jahren gelang es einem der Prototypen sogar, mehr Energie zu gewinnen, als verbraucht wurde. Nachfolgend werden die ambitioniertesten Projekte in diesem Bereich vorgestellt:

Regierungsprojekte

Die größte öffentliche Aufmerksamkeit wurde kürzlich einem anderen thermonuklearen Reaktordesign geschenkt – dem Wendelstein 7-X-Stellarator (der Stellarator ist in seiner inneren Struktur komplexer als ITER, bei dem es sich um einen Tokamak handelt). Deutsche Wissenschaftler haben bis 2015 innerhalb von neun Jahren ein verkleinertes Demonstrationsmodell des Reaktors gebaut, nachdem sie etwas mehr als eine Milliarde US-Dollar ausgegeben hatten. Wenn es gute Ergebnisse zeigt, wird eine größere Version gebaut.

Frankreichs MegaJoule-Laser wird der leistungsstärkste Laser der Welt sein und versuchen, eine laserbasierte Methode zum Bau eines Fusionsreaktors voranzutreiben. Die Inbetriebnahme der französischen Installation wird für 2018 erwartet.

NIF (National Ignition Facility) wurde in den USA über 12 Jahre hinweg gebaut und kostete bis 2012 4 Milliarden Dollar. Man ging davon aus, die Technologie zu testen und dann sofort einen Reaktor zu bauen, aber es stellte sich heraus, dass, wie Wikipedia berichtet, erhebliche Arbeiten erforderlich sind, wenn die Das System muss jemals die Zündung erreichen. Infolgedessen wurden grandiose Pläne abgesagt und Wissenschaftler begannen, den Laser schrittweise zu verbessern. Die letzte Herausforderung besteht darin, die Energieübertragungseffizienz von 7 % auf 15 % zu steigern. Andernfalls könnte die Finanzierung dieser Synthesemethode durch den Kongress eingestellt werden.

Ende 2015 wurde in Sarow mit dem Bau eines Gebäudes für die leistungsstärkste Laseranlage der Welt begonnen. Es wird leistungsstärker sein als die aktuellen amerikanischen und zukünftigen französischen und wird die Durchführung der Experimente ermöglichen, die für den Bau einer „Laser“-Version des Reaktors erforderlich sind. Fertigstellung der Bauarbeiten im Jahr 2020.

Der in den USA beheimatete MagLIF-Fusionslaser gilt als das dunkle Pferd unter den Methoden zur Erzielung einer thermonuklearen Fusion. In letzter Zeit hat diese Methode bessere Ergebnisse gezeigt als erwartet, allerdings muss die Leistung noch um das 1000-fache gesteigert werden. Der Laser wird derzeit modernisiert und Wissenschaftler hoffen, bis 2018 die gleiche Energiemenge zu erhalten, die sie verbraucht haben. Bei Erfolg wird eine größere Version erstellt.

Das russische Institut für Kernphysik experimentierte beharrlich mit der Methode der „offenen Falle“, die die USA in den 90er Jahren aufgab. Als Ergebnis wurden Indikatoren erhalten, die für diese Methode als unmöglich galten. BINP-Wissenschaftler gehen davon aus, dass ihre Installation mittlerweile auf dem Niveau des deutschen Wendelstein 7-X (Q=0,1) liegt, aber günstiger ist. Jetzt bauen sie eine neue Anlage für 3 Milliarden Rubel

Der Leiter des Kurchatov-Instituts erinnert ständig an Pläne zum Bau eines kleinen thermonuklearen Reaktors in Russland – Ignitor. Dem Plan zufolge soll es genauso effektiv sein wie ITER, wenn auch kleiner. Der Bau hätte schon vor drei Jahren beginnen sollen, aber diese Situation ist typisch für große wissenschaftliche Projekte.

Anfang 2016 gelang es dem chinesischen Tokamak EAST, eine Temperatur von 50 Millionen Grad zu erreichen und diese 102 Sekunden lang zu halten. Bevor mit dem Bau riesiger Reaktoren und Laser begonnen wurde, waren alle Nachrichten über die Kernfusion so. Man könnte meinen, es handele sich lediglich um einen Wettbewerb unter Wissenschaftlern, wer die immer höheren Temperaturen länger halten kann. Je höher die Plasmatemperatur und je länger sie aufrechterhalten werden kann, desto näher sind wir dem Beginn der Fusionsreaktion. Es gibt Dutzende solcher Anlagen auf der Welt, mehrere weitere () () sind im Bau, sodass der EAST-Rekord bald gebrochen wird. Im Wesentlichen handelt es sich bei diesen kleinen Reaktoren lediglich um Testgeräte, bevor sie an ITER geschickt werden.

Lockheed Martin kündigte 2015 einen Durchbruch bei der Fusionsenergie an, der es ihnen ermöglichen würde, innerhalb von 10 Jahren einen kleinen und mobilen Fusionsreaktor zu bauen. Angesichts der Tatsache, dass selbst sehr große und überhaupt nicht mobile kommerzielle Reaktoren erst im Jahr 2040 zu erwarten waren, stieß die Ankündigung des Konzerns auf Skepsis. Aber das Unternehmen verfügt über viele Ressourcen, also wer weiß. Ein Prototyp wird für 2020 erwartet.

Das beliebte Silicon-Valley-Startup Helion Energy hat seinen eigenen, einzigartigen Plan zur Verwirklichung der Kernfusion. Das Unternehmen hat mehr als 10 Millionen US-Dollar eingesammelt und geht davon aus, bis 2019 einen Prototyp zu entwickeln.

Das unauffällige Startup Tri Alpha Energy hat kürzlich beeindruckende Ergebnisse bei der Förderung seiner Fusionsmethode erzielt (Theoretiker haben über 100 theoretische Wege zur Fusion entwickelt, der Tokamak ist einfach der einfachste und beliebteste). Darüber hinaus sammelte das Unternehmen mehr als 100 Millionen US-Dollar an Investorengeldern ein.

Das Reaktorprojekt des kanadischen Startups General Fusion unterscheidet sich noch mehr von den anderen, aber die Entwickler sind davon überzeugt und haben in 10 Jahren mehr als 100 Millionen US-Dollar gesammelt, um den Reaktor bis 2020 zu bauen.

Das britische Startup First Light verfügt über die am besten zugängliche Website, wurde 2014 gegründet und kündigte Pläne an, die neuesten wissenschaftlichen Daten zu nutzen, um Kernfusion zu geringeren Kosten zu erreichen.

Wissenschaftler des MIT haben einen Artikel geschrieben, in dem sie einen kompakten Fusionsreaktor beschreiben. Sie setzen auf neue Technologien, die nach Beginn des Baus riesiger Tokamaks auf den Markt kamen, und versprechen, das Projekt in 10 Jahren abzuschließen. Ob sie grünes Licht für den Baubeginn erhalten, ist noch nicht bekannt. Selbst wenn er genehmigt wird, ist ein Artikel in einer Zeitschrift ein noch früheres Stadium als ein Startup

Die Kernfusion ist vielleicht die am wenigsten geeignete Branche für Crowdfunding. Aber mit seiner Hilfe und auch mit der Finanzierung durch die NASA wird das Unternehmen Lawrenceville Plasma Physics einen Prototyp seines Reaktors bauen. Von allen laufenden Projekten sieht dieses am meisten nach einem Betrug aus, aber wer weiß, vielleicht bringen sie etwas Nützliches in dieses grandiose Werk ein.

ITER wird lediglich ein Prototyp für den Bau einer vollwertigen DEMO-Anlage sein – des ersten kommerziellen Fusionsreaktors. Der Start ist nun für 2044 geplant und dies ist immer noch eine optimistische Prognose.

Aber es gibt Pläne für die nächste Stufe. Ein hybrider thermonuklearer Reaktor erhält Energie sowohl aus dem Atomzerfall (wie ein herkömmliches Kernkraftwerk) als auch aus der Fusion. In dieser Konfiguration kann die Energie um das Zehnfache höher sein, die Sicherheit ist jedoch geringer. China hofft, bis 2030 einen Prototypen bauen zu können, aber Experten sagen, das käme dem Versuch gleich, vor der Erfindung des Verbrennungsmotors Hybridautos zu bauen.

Endeffekt

Es gibt keinen Mangel an Menschen, die eine neue Energiequelle in die Welt bringen wollen. Das ITER-Projekt hat aufgrund seines Umfangs und seiner Finanzierung die größten Chancen, doch andere Methoden sowie private Projekte sollten nicht außer Acht gelassen werden. Wissenschaftler haben jahrzehntelang ohne großen Erfolg daran gearbeitet, die Fusionsreaktion in Gang zu bringen. Aber jetzt gibt es mehr Projekte als je zuvor, um eine thermonukleare Reaktion zu erreichen. Selbst wenn jeder von ihnen scheitert, werden neue Versuche unternommen. Es ist unwahrscheinlich, dass wir uns ausruhen werden, bis wir hier auf der Erde eine Miniaturversion der Sonne zum Leuchten bringen.

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