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Fusion: Stellarator (Wendelstein 7-X), Tokamak (ITER) & Andere

232 Beiträge, Schlüsselwörter: Fusion, Kernfusion, Iter, Tokamak, Wendelstein

Fusion: Stellarator (Wendelstein 7-X), Tokamak (ITER) & Andere

06.11.2017 um 13:58
Thomas Klinger, wissenschaftlicher Leiter von Wendelstein 7-X, hat auf n-tv ein Interview gegeben.

http://www.n-tv.de/wissen/Die-Kernfusion-wird-rechtzeitig-kommen-article20111394.html

Interessante Neuigkeiten vermeldet er nicht, aber die n-tv-Jungs hatten leider auch nur 08/15 Fragen in petto. Die neue Ausbaustufe ermöglicht nun fast täglich eine Leistungssteigerung, und man hat im Bereich von 30-40 Millionen Grad auch schon einige Rekorde geknackt.

Mit Fusionsstrom aus der Steckdose ist aber trotzdem erst ab der zweiten Hälfte des Jhd. zu rechnen, bisher ist auch noch nicht entschieden, welcher Reaktortyp das Rennen machen wird (Tokamak oder Stellerator). Wenn Iter so weit ist, wird man sich anhand der Daten dann auf eine Lösung festlegen.


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Fusion: Stellarator (Wendelstein 7-X), Tokamak (ITER) & Andere

12.11.2017 um 14:50
Hallo

Den bestätigten Erwartungen nach, gelingt es mit Fusionsreaktoren für einen kurzen Moment Energiemengen frei zu setzen, die über der Summe von enthaltener thermischer und kinetischer Energie liegen.
Da es nun noch Versuchsanlagen sind, ist die Energiebilanz des gesamten Systems natürlich immer noch unter einem Wirkungsgrad von 1.

Wenn ich das richtig verstehe, dann soll zu einem in Zukunft liegenden Moment der Wirkungsgrad dieser Reaktoren größer 1 werden.

Aus verschiedenen pseudowissenschaftlichen Vorführungen ( LENR... u.a. ) geht als Scheitelpunkt der Diskussionen immer die Frage hervor, ob die vermeindlichen Geräte mit ihrem Energieüberschuss eigenständig angetrieben werden können und somit ewig arbeiten und gleichzeitig nutzbare Energie zur Verfügung stellen.

Diese Frage stelle ich mir bei Fusionsreaktoren auch.

Soll ein Fusionsreaktor sich selbst betreiben können und zusätzlich nutzbare Energie liefern?


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Fusion: Stellarator (Wendelstein 7-X), Tokamak (ITER) & Andere

12.11.2017 um 16:56
nisus schrieb:Diese Frage stelle ich mir bei Fusionsreaktoren auch.
Zunächst einmal sollte man wissen, dass noch keine Fusionskraftwerke zur kommerziellen Energiegewinnung existieren, daher sind auch noch keine genauen Angaben zum Gesamtwirkungsgrad möglich.

Das was du in deinem Beitrag als "Wirkungsgrad" bezeichnest, ist vermutlich der sogenannte Q-Faktor, also das Verhältnis der produzierten thermische Leistung zur Leistung die für die Plasmaheizung aufgewendet werden muss. Dieser Faktor muss in der Tat für den energetisch wirtschaftlichen Betrieb eines Fusionsreaktors deutlich über 1 liegen. Derzeit hat man den Faktor 1 bei tatsächlichem DT –Betrieb noch nicht ganz erreicht, wird man aber sicher noch.

Die bei einer DT-Reaktion entstehenden Neutronen tragen ca. 80% der Reaktionsenergie aus dem Plasma, der Rest steckt in den Alphateilchen (Helium-Kerne). Diese Alphateilchen verbleiben im Plasma, und geben über Stöße Energie ans Plasma ab, was zur Plasmaheizung beiträgt, man spricht dann auch von Plasmazündung. Ist diese Energie größer als die Verlustenergie (Bremsstrahlung, Plasmaverlust, etc.), dann kann sich das Plasma selbst aufrechterhalten. Die notwendige Temperatur, bei der das möglich ist, beträgt mindestens 100 millionen Grad (Kelvin oder °C spielt da keine Rolle mehr) oder 10 keV.

Das, was wir letztlich nutzen werden, ist die kinetische Energie der frei werdenden Neutronen, die das Plasma quasi wechselwirkungsfrei verlassen können, und erst im sogenannten Blanket gebremst werden. Die Energie wird somit in Wärme umgewandelt die zur Erzeugung von Wasserdampf genutzt wird, welcher Dampfturbinen antreibt, die dann letztlich elektrische Energie liefern...

Bei diesem Prozess versauen uns insbesondere die Turbinen die Bilanz, da selbst die modernsten unter ihnen gerade mal auf einen Wirkungsgrad von ca. 60% kommen. Unterm Strich sind wir somit weit entfernt von 100%, vermutlich sogar noch unter 50%.


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12.11.2019 um 08:12
Bin grad auf Neuigkeiten gestoßen:

Machine 3: Erster einsatzfähiger Fusionsreaktor bis 2024
Der erste einsatzfähige Fusionsreaktor eines komplett neuen Typs soll bis 2024 erfolgreich Energie gewinnen. Anders als Stellerator- oder Tokamak-Reaktoren soll die von britischen Forschern konzipierte „Machine 3“ weniger kompliziert und deutlich günstiger zu betreiben sein.
Das britische Unternehmen First Light Fusion (FLF) hat nun eine neue Testanlage in Betrieb genommen: Für das Experiment wurde zum elektromagnetischen Abschießen der Projektile „Machine 3“ konstruiert: Sie besteht aus sechs Kondensatorbänken, die radial um eine zentrale Vakuumkammer angeordnet sind, in der das Experiment stattfindet. Die Kondensatoren werden innerhalb einer Minute auf 200.000 V aufgeladen, die gespeicherte Energie wird dann in weniger als zwei Mikrosekunden entladen: Mit einem Strom von 14 Mio. Ampere wird ein intensives Magnetfeld erzeugt, welches das Projektil auf 20 km pro Sekunde beschleunigt und 200 KJ kinetische Energie liefert.

Seit Kurzem ist die Maschine mit allen sechs Bänken erfolgreich in Betrieb. Jede Entladung entspricht 500 Gewitterblitzen, es werden insgesamt 2,5 MJ verwendet. Die bisher erzielten Fortschritte bestätigen den Zeitplan des Unternehmens, bis 2024 eine Fusion mit Energiegewinn zu erzielen – das wäre der Beginn des Fusionszeitalters.

Elektromagnetisch beschleunigtes Projektil

Paul Holligan, Leiter der Abschusseinrichtung bei FLF, erklärt: „Wir haben einen anderen Ansatz als die übrigen Organisationen, die einen Fusionsreaktor entwickeln wollen. Wir verwenden keine Laser oder Magnetfelder, denn das ist sehr kompliziert und kostspielig. Durch die Wahl eines elektromagnetisch beschleunigten Projektils haben wir Kosten und Komplexität deutlich reduziert. In der Praxis besteht die Herausforderung darin, Form und Design des getroffenen Ziels zu perfektionieren. Hier arbeiten wir an neuartigen IP-Lösungen und entwickeln unsere Simulationsmodelle weiter, dies ist die wissenschaftliche Herausforderung.“

Beim Konzept von FLF mussten die Entwickler alle sechs Kondensatorbänke synchron aktivieren, deren Genauigkeit im Nanosekundenbereich liegen muss. Die elektrische Energie wird in 192 Kondensatoren gespeichert, die paarweise angeordnet sind. Jedes der 96 Paare wird durch einen eigenen Schalter gesteuert, der in der Lage sein muss, die Spannung zu halten und die großen Ströme zu übertragen. An dieser Stelle kommen die eher unscheinbaren Digitizer-Karten von Spectrum Instrumentation ins Spiel: Nach dem Abfeuern erfassen Digitizerkarten des Typs M2i.4912-exp hunderte Messwerte jedes Kondensators und die Strom- und Spannungswerte von zahllosen Sensoren in den Kondensatorbänken mit einer Abtastrate von 10 MS/s in einem Zeitintervall von 100 ns.

Mit den sogenannten Star-Hub-Modulen von Spectrum werden die 32 Digitizerkarten in zwei Bänken zu je 16 miteinander verbunden, um die Synchronizität aller 256 Eingangskanäle zu gewährleisten. Es lassen sich bei Bedarf weitere Kanäle hinzuzufügen. Alle Vorgänge geschehen innerhalb von Nanosekunden, daher ist die Genauigkeit des Abfeuerns und der Datenerfassung von größter Bedeutung. „Das System darf keinerlei Toleranzen oder Fehler haben, da wir bei jedem Abfeuern des Projektils wertvolle Erkenntnisse gewinnen und uns daher auf die Qualität der Daten verlassen müssen“, fügt Paul Holligan hinzu.
Von einer Garnele inspiriert

Einer der Gründer von FLF wurde von der Pistolengarnele inspiriert, die eine ihrer Scheren so schnell zuschnappen lässt, dass sich im Wasser Hohlräume bilden, die sich erwärmen und Plasma bilden, wenn sie implodieren. Die entstehende Schockwelle betäubt die Beute. Dies ist das einzige natürlich vorkommende Beispiel für das Phänomen der Trägheitsfusion. FLF nutzt dieses physikalische Phänomen, um auf komplexe Eindämmungsmechanismen wie durch Magnetfelder verzichten zu können.

Stattdessen konzentriert sich FLF auf die Implosion, um damit die Hitze und den Druck wie im Inneren der Sonne nachzuahmen. Trägheitsfusion bedeutet, dass das Plasma durch seine eigene Trägheit statt durch Magnetfelder oder Laser zusammengehalten wird. Gerade die großen Energiemengen, die die Magnetfelder und Laser erfordern, machen es so schwierig, den Fusionsgewinn zu erreichen. Das Konzept von FLF benötigt nur einen Bruchteil der Energie, somit ist die Schwelle deutlich leichter zu überschreiten, bei der mehr Energie gewonnen als eingesetzt wird.
Was kann man davon halten?


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12.11.2019 um 10:11
skagerak schrieb:Was kann man davon halten?
Wenn da was dran wäre, hätte man von seriösen Quellen sicher schon etwas gehört. Der Artikel ist immerhin schon über 5 Monate alt, zudem wäre es eine echte Sensation ... ich glaube nicht, dass sich die Firma in dem Fall an eine drittklassige Plattform gewandt hätte, die bereits im ersten Absatz ihre Unkenntnis zum Besten gibt...
Wie im Inneren unserer Sonne wird durch das Verschmelzen von Deuterium- und Tritiumatomen Energie freigesetzt


Gerade im Bereich Kernfusion gab es schon häufiger Ankündigungen, die letztlich im Nichts verpufften, hier sieht es zunächst nicht anders aus, ... aber warten wir ab, was da noch kommt :D


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12.11.2019 um 11:20
Peter0167 schrieb:Wenn da was dran wäre, hätte man von seriösen Quellen
Ist die Seite denn nicht seriös? Bin da nur zufällig drüber gestolpert, als dieses Video auf YT random bei mir lief, und dort war halt diese Seite verlinkt.

Aber hast recht, man findet nicht wirklich etwas beim googeln, und schon gar nicht auf den bekannten relevanten Seiten.

(und bevor Du dich wieder aufregst, ich mag den Typen in dem Video auch nicht, da er auch nicht alles sauber erklärt. Wie gesagt, bin nur zufällig drauf gestoßen)


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13.11.2019 um 11:48
skagerak schrieb:Stattdessen konzentriert sich FLF auf die Implosion, um damit die Hitze und den Druck wie im Inneren der Sonne nachzuahmen.
erinnert mich schon seeehr stark an das ganze Thema Schauberger und Ufo Antriebe. Wurde da nicht auch ständig von Implosion geschwafelt?


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13.11.2019 um 11:56
Roesti schrieb:erinnert mich schon seeehr stark an das ganze Thema Schauberger und Ufo Antriebe. Wurde da nicht auch ständig von Implosion geschwafelt?
Sorry, keine Ahnung. Ich habe es, wie oben beschrieben, nur zufällig aufgegriffen und wollte hier mal lesen was davon zu halten ist ;)


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13.11.2019 um 12:14
Roesti schrieb:Wurde da nicht auch ständig von Implosion geschwafelt?
Bei der Trägheitsfusion hat die Implosion tatsächlich eine gewisse Relevanz, ebenso sind Temperaturen wie im Inneren der Sonne kein Ding mehr. Beim Druck sind wir jedoch noch nicht in der Lage das auch nur annähernd hinzubekommen, und werden es vermutlich auch niemals.

Wikipedia: Trägheitsfusion


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08.01.2020 um 16:23
Peter0167 schrieb am 12.11.2017:Bei diesem Prozess versauen uns insbesondere die Turbinen die Bilanz, da selbst die modernsten unter ihnen gerade mal auf einen Wirkungsgrad von ca. 60% kommen. Unterm Strich sind wir somit weit entfernt von 100%, vermutlich sogar noch unter 50%.
Turbinen sind eben Wärmekraftmaschinen und die kommen nur an den Carnot Wirkungsgrad heran.
\eta_c = \frac{T_h - T_k}{T_h} = 1 - \frac{T_k}{T_h}


Wenn man für Tk= 15°C und für Th =2000°C annimmt, was materialtechnisch schon sehr sportlich ist kommt man auf:

\eta_c = 1-\frac{288,15}{2273,15}=0,873



Das ist ein theoretischer Wirkungsgrad (physikalische Grenze), der mit realen Turbinen vielleicht zu 95% erreichbar ist.


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Fusion: Stellarator (Wendelstein 7-X), Tokamak (ITER) & Andere

09.01.2020 um 18:36
skagerak schrieb am 12.11.2019:Ist die Seite denn nicht seriös? Bin da nur zufällig drüber gestolpert, als dieses Video auf YT random bei mir lief, und dort war halt diese Seite verlinkt.
Wenn das vor fünf Monaten war, dann ist das wahrscheinlich eine Knallnummer, da waren auf einmal ganz viele euphorische Berichte im Netz, die in diese Richtung gingen, die Rede war von Kunststoff Pellets, die irgendwie beschossen wurden, teilweise war auch von elektrischen Durchschlägen die Rede, das ist aber weitgehend aus dem Netz verschwunden.

Für 20km pro Sekunde braucht man schon ein ziemlich großes Railgunn und ein Hochvakuum :D


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09.01.2020 um 18:45
Wahnfried schrieb:Wenn das vor fünf Monaten war, dann ist das wahrscheinlich eine Knallnummer, da waren auf einmal ganz viele euphorische Berichte im Netz, die in diese Richtung gingen, die Rede war von Kunststoff Pellets, die irgendwie beschossen wurden, teilweise war auch von elektrischen Durchschlägen die Rede, das ist aber weitgehend aus dem Netz verschwunden.

Für 20km pro Sekunde braucht man schon ein ziemlich großes Railgunn und ein Hochvakuum :D
Das war mir so natürlich nicht bewusst, wollte nur gerne mal was beitragen hier ;)


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