Fusionsreaktor Iter

ITER ist m.E. viel zu schwerfällig. Es ist schon schwierig genug, ein funktionierendes Konzept auf einen erheblich grösseren Maßstab zu skalieren (die Meisterleistung in dieser Hinsicht ist sicherlich die Saturn V), aber ein noch nicht wirklich funktionierendes Konzept in diesem Maßstab zu bauen, halte ich für sehr fragwürdig. Da sind die Pläne während des Baus laufend überholt, wodurch sich das Ganze ohne Ende verzögert.

Ich prophezeihe folgenden Ablauf: Den Durchbruch im Bereich Hot Fusion wird irgendwann im Zeitraum 2020-2030 ein wesentlich kleineres und flexibleres Projekt (so etwa im Garagen-Maßstab) bringen. Daraufhin wird man den grössten Teil der ITER-Verantwortlichen feuern, und unter weitestmöglicher Verwendung der ITER-Ressourcen bis spätestens 2035 (da stimme ich mit @Theresa_Safina überein) eine Grossversion des erfolgreichen kleineren Projekts fertigstellen.

uatu schrieb:ein wesentlich kleineres und flexibleres Projekt

Und ich dachte bisher, wenn es um Fusion geht, wäre eben doch die Größe entscheidend. :D

Eine zu kleine Reaktorkammer ist für ein stabiles selbsterhaltendes Plasma nicht geeignet, zumindest hat man das so aus den Daten von Wendelstein und co. interpretiert. Und selbst bei ITER weiß man bereits, dass er zu klein, aber als Forschungsreaktor gerade noch hinreichend groß ist.

Dir als absolute Koryphäe auf dem Gebiet wird ja sicher das sog. "Triple-Produkt" ein Begriff sein, und genau danach wird man sofort von der Fachwelt gefragt, wenn man ein neues Konzept für ein Fusionskraftwerk vorstellt. Und es ist nun mal eine immanente Eigenschaft von kleinen Reaktorkammern, dass sie beim Triple-Produkt allesamt nix liefern können. Wenn es um Fusion geht, muss man größer denken, und daher kann ich dir in diesem Fall ausnahmsweise mal nicht zustimmen. Kleine Kammern sind naturbedingt zum scheitern verurteilt (m.M.n.), bis einer kommt, und das Gegenteil beweist :D

Hier noch mal was zum "Triple-Produkt" oder auch Lawson-Kriterium:

Das Kriterium wurde ursprünglich für die Fusion von Deuterium und Tritium (DT) formuliert, kann aber grundsätzlich auch auf andere Fusionsbrennstoffe verallgemeinert werden. Die Art des Plasmaeinschlusses, etwa Fusion mittels magnetischen Einschlusses oder Trägheitsfusion, spielt dafür keine Rolle.[1]

Alle Versuche, das Lawson-Kriterium in einer kontrollierten Reaktion zu erreichen, scheiterten bisher (2016) daran, dass die Plasmavolumina zu klein waren und zu schnell abkühlten, um einen dauerhaft ablaufenden Fusionsprozess zu ermöglichen. Erreicht werden sollte es mit dem Ursprungsentwurf für ITER, der in dieser Größe jedoch nicht bewilligt wurde. Bei seinem Nachfolger DEMO soll es möglich werden. Auch bei Trägheitsfusionsexperimenten wurde die Erfüllung des Kriteriums, die Zündung, noch nicht erreicht.

Wikipedia: Lawson-Kriterium

Peter0167 schrieb:Und ich dachte bisher, wenn es um Fusion geht, wäre eben doch die Größe entscheidend. :D

Technik. Es kommt immer auf die Technik an.
Behauptet mein Frauchen. Allerdings hat die von Technik so viel Ahnung hat wie ein Grillhendl vom Gerätetetauchen. Das gibt mir etwas zu denken.

wuec schrieb:Technik. Es kommt immer auf die Technik an.

Einigen wir uns doch einfach auf "Größe" und "Technik"

Mit Technik bekommste vielleicht ne Scheinzündung hin, aber die verpufft eh gleich wieder. Aber kommt zudem noch Größe ins Spiel, haste ein Plasmafeuerwerk vom Feinsten :D

Schade, hätte gern noch erfahren, was uatu da die ganze Zeit schreibt, aber mein Feierabend ist mir wichtiger....

@Peter0167: Es gibt m.E. nach wie vor viel zu viele offene Fragen im Zusammenhang mit Fusionsreaktionen, um die Möglichkeit eines funktionierenden kleineren Systems tatsächlich auszuschliessen. Ich denke aber, dass eine nähere Diskussion der Details zu spekulativ wäre.

Ich muss auch gestehen, dass mich die Dimensionen von ITER etwas daran erinnern, dass sich die Zahl der Flugzeugträger der USA eigentlich kaum rational begründen lässt, weil sie gegen einen ernstzunehmenden Gegner kaum einen Nutzen hätten. Auch wenn für Grossprojekte oft scheinbar rationale Begründungen vorgebracht werden, lassen sie sich nicht allzu selten im Endeffekt darauf zurückführen, dass sich die Beteiligten um so wichtiger vorkommen, je grösser das Projekt ist. Dabei bin ich alles andere als ein grundsätzlicher Grossprojekt-Gegner, es dürfte ja z.B. aus einigen meiner Beiträge schon hervorgegangen sein, dass ich ein begeisterter Saturn-V-Fan bin. Im Fall von ITER bin ich allerdings sehr skeptisch, ob die Ressourcen tatsächlich sinnvoll eingesetzt werden.

Ergänzend zu meinem vorhergehenden Beitrag: Eine Reihe von Recherchen von Steven B. Krivit (u.a. bekannt als einer der schärfsten Rossi-Kritiker) scheinen darauf hinzuweisen, dass das ITER-Projekt z.T. mit irreführenden Angaben "vermarktet" wurde: ITERGATE: The New Energy Times ITER Fusion Investigation. Ich muss dazu allerdings sagen, dass ich auch Krivit selbst kritisch sehe, da er meinem Eindruck nach ein bisschen sehr von sich überzeugt ist (bereits den Begriff "ITERGATE" halte ich für ziemlich fragwürdig). Allerdings sind viele seiner Aussagen nachprüfbar, was seine Argumentation natürlich deutlich unterstützt.

@Peter0167:

Peter0167 schrieb am 07.01.2019:Und ich dachte bisher, wenn es um Fusion geht, wäre eben doch die Größe entscheidend. :D

Ich hatte z.B. an sowas hier gedacht (soll bei 1/65 (!) des Volumens von ITER Netto-Ausgangsleistung erzeugen): MIT and newly formed company launch novel approach to fusion power. Es handelt sich um ein MIT-Projekt, von der grundsätzlichen Seriösität sollte man also ausgehen können.

Thorsteen schrieb:Mir scheint du hast dich um ITER noch nicht wirklich schlau gemacht, vieles läuft über Sachspenden in Form von Bauteilen oder Leistungen, somit hat jeder Staat etwas davon der mitmacht. Als Versuchsreaktor wird er kein serienmäßiger Reaktor sein, aber er wird in späten Phasen einen Energieüberschuß produzieren, er ist von seinen Grundwerten wohl sehr konservativ aufgebaut. Vieleicht hilft dir der Artikel etwas weiter: https://scilogs.spektrum.de/formbar/iter-die-erste-haelfte-des-weges-ist-geschafft/ Es gibt auch noch ein Video mit Lesch und Zohmer, ist auch interessant. Da wird nicht einfach Steuergeld verbrannt, wie du es ausdrückst, wenn alles läuft kann man ab 2050-2070 mit Fusionskraftwerken weltweit rechnen. Fossile Brennstoffe sind keine langfristige Alternative mehr, Kernkraft hat zu viele Nachteile und die "regenerativen" Energien sind auch nicht ohne Nachteile. Auch die Fusion wird ihre Probleme mit sich bringen, aber wir benötigen saubere Energie und das in gewaltigen Maßstäben. Und ich sehe im Moment keine wirkliche Alternative dazu.

Dein Optimismus in ehren aber neben einem Energieüberschuss muss dieser auch Effizient nutzbar gemacht werden und am Schluss muss dieser Reaktor auch 247365 laufen und dies über mehrere Jahre, sicherlich kann man daran forschen aber auf die Fusion hoffen sollte man eher nicht.

Ein interessanter kritischer Artikel eines Physikers, der 25 Jahre lang im Bereich der Plasmaphysik gearbeitet hat, u.a. am Princeton Plasma Physics Lab:

ITER is a showcase … for the drawbacks of fusion energy

Um Missverständnisse zu vermeiden: Ich bin der Forschung an Fusionsreaktoren gegenüber grundsätzlich positiv eingestellt. Ich halte ITER jedoch beim gegenwärtigen Forschungsstand für ein viel zu schwerfälliges und ressourcenfressendes Projekt.

uatu schrieb:Um Missverständnisse zu vermeiden: Ich bin der Forschung an Fusionsreaktoren gegenüber grundsätzlich positiv eingestellt. Ich halte ITER jedoch beim gegenwärtigen Forschungsstand für ein viel zu schwerfälliges und ressourcenfressendes Projekt.

Ich habe da auch so meine Zweifel, meiner Meinung,
wenn es wirklich sehr gut läuft gibt es nach ITER ein erstes Prototyp Design für einen funktionsfähigen Reaktor, was ich für eher unwahrscheinlich halte
wenn es gut bis normal läuft gibt es nach ITER einen neues Design für weitere Grundlagenforschung, was ich für durchaus realistisch halte
und wenn es schlecht läuft, dann kommt nach ITER erstmal nichts mehr
Es ist halt ein ziemlich teurer Versuchsaufbau für die Grundlagenforschung.

Man darf natürlich nicht vergessen, dass wir mit jedem Schritt, den wir auf diesem Gebiet machen, Neuland betreten. ITER ist immerhin kein "Schuss ins Blaue", sondern ein folgerichtiger Schritt, der auf bisherigen Erkenntnissen anderer Projekte beruht. Und egal zu welchen Ergebnissen wir durch ITER kommen, wir werden in jedem Fall daraus lernen und es später besser machen.

Ein großes Problem von ITER ist m.M.n., dass man die Kompetenzen zu Beginn nicht mehr begrenzt hat. Zu viele Köche verderben nun mal den Brei, und ich finde es wenig hilfreich, wenn eine Vielzahl der teils sehr speziellen Komponenten auch jeweils in vielen der am Bau beteiligten Staaten gefertigt werden, statt an einem Standort. So etwas treibt nicht nur die Kosten unnötig in die Höhe, sondern führt zudem noch zu Verzögerungen.

Aber auch das ist letztlich nur Lehrgeld, welches man als Investition in künftige Projekte betrachten kann. Andere (alternative) Projekte haben es auch nicht einfacher. Die Firma "Tri Alpha" verfolgt auch schon seit über 20 Jahren einen anderen Ansatz. In einem linearen Fusionsreaktor will man das Bor-Isotop ¹¹B mit Protonen verschmelzen. Großer Vorteil dabei, es entstehen keine energiereichen Neutronen, sondern 3 Alpha-Kerne (Helium), die im weiteren Verlauf keinen radioaktiven Abfall produzieren, und eine effektivere Stromerzeugung ermöglichen sollen. Nachteil, diese Reaktion erfordert mindestens eine Temperatur von 1 Milliarde Grad.

Auch die Trägheitsfusion hat mit Komplikationen zu kämpfen, ebenso wie andere anfänglich vielversprechende Ansätze. Ich gehe mal davon aus, dass noch viele Fusionsträume platzen werden, bevor wir von einem Durchbruch sprechen können, und vielleicht müssen wir das Ganze auch komplett auf Eis legen, bis es gänzlich neue Ansätze gibt, ... wer weiß das schon.

Hallo an alle Interessierten,

Ich hätte da mal eine praktische Frage die ich auf verschiedenen Websites noch nicht beantworten konnte. Wie bekommt man bei einer kontinuierlichen Reaktion den frischen Treibstoff in das Plasma bzw.die Reaktionsprodukte wieder hinaus ohne die magnetische Eindämmung des Plasmas abzubauen?

@Miles1701

Während der Brenndauer des Plasmas ist ein Nachfüllen von Brennstoff entsprechend dem jeweiligen Verbrauch nötig. Dafür hat sich das Hineinschießen von Pellets aus einem gefrorenen Deuterium-Tritium-Gemisch in das Gefäß als geeignete Technik erwiesen.[21] Solche Pellets mit einer Masse von beispielsweise 1 mg werden hierfür durch eine Zentrifuge oder pneumatisch mit einer Art Gasgewehr auf eine Geschwindigkeit von etwa 1000 m/s gebracht. Diese Nachfüllmethode gestattet es auch, durch die Wahl der Einschussstelle und der Pelletgeschwindigkeit die räumliche Dichteverteilung des Plasmas gezielt zu beeinflussen. Mit mehr oder weniger Nachfüllung kann auch die Fusionsrate gesteuert werden; ein Stopp der Nachfüllung beendet die Fusionsreaktionen.

Wikipedia: Kernfusionsreaktor#Brennstoffnachfüllung

@Peter0167
Danke.

Ich noob hab alle Populärwissenschaftlichen Seiten durchgeackert aber auf Wikipedia bin ich nicht gekommen. Ich konnte mir das Ganze bei diesen Extrembedingungen einfach nicht vorstellen.

Miles1701 schrieb:Ich konnte mir das Ganze bei diesen Extrembedingungen einfach nicht vorstellen.

Einiges davon kann ich mir auch noch nicht vorstellen.

Da das Deuterium/Tritium-Gemisch gefroren (also elektrisch neutral) ist, ist auch klar wieso es die magnetische Eindämmung zunächst durchdringen kann. Aber wie schafft man es, das Zeug in einem Hochvakuum in kürzester Zeit (weniger als 10^-3s) in den Plasmazustand zu bringen, denn ansonsten würde es ja sofort wieder die Eindämmung verlassen!?

Vielleicht hat da ja noch jemand ne Idee, das würde mich echt interessieren...

Zu den ganzen Vergleichen zwischen Kernkraft und regenerativen Energiequellen muss man schon gleiches mit gleichem vergleichen. Wenn mann die Umweltschäden durch Urangewinnung nennt muss man den enormen Plarzverbrauch durch PV auch dagegen halten denn unter einer Solarzelle wächst nicht mehr viel. Die Umrechnung der Leistung Fusionsreaktor gegen PV muss man wiederum auch sehen das ein Solarpark vlt 1GW Leistung hätte aber nur in der Spitze. Es gibt Wandlungsverluste und der Spitzenwert wird nur erreicht wenn die Sonne 90 Grad über der Zelle steht. Sonst muß man sie Nachfühlen und es werden wieder weniger Leistung fürs Geld im Vergleich zum Kern oder Fusionskraftwerk. Und wenn um Förderung geht muss man wiederum auch ehrlich sein mit der enormen Förderung die auch schon in die PV Entwicklung geflossen ist. Von Wolken und Co mal ganz zu schweigen. Wenn man die Wüste vollpflastert hat man auch wieder das Problem mit der Zentralisierung. Ausserdem hat das ein Geschmäckle wenn wir Europäer schon wieder nach Afrika gehen und sagen: hey die Wüste braucht ihr doch eh nicht das ist jetzt unsere weil wir die brauchen. Das stinkt nach neokolonialismus.

@Peter0167
Ich denk mal wenn wie indem Wiki Artikel nur Milligramm Weise was eingeschossen wird wird die Temperatur so schnell steigen das das kaum zeit kostet. Kann man bestimmt ausrechnen über thermische Kapazität von gefrorenem Gemisch. Ähnlich wie man den Phasenübergang von Wasser berechnen kann.

Miles1701 schrieb:Wenn mann die Umweltschäden durch Urangewinnung nennt muss man den enormen Plarzverbrauch durch PV auch dagegen halten denn unter einer Solarzelle wächst nicht mehr viel.

Ist das so, tatsächlich sind die Einbußen eher gering
https://www.ise.fraunhofer.de/de/presse-und-medien/presseinformationen/2017/sonne-ernten-auf-zwei-etagen-agrophotovoltaik-steigert-landnutzungseffizienz-um-ueber-60-prozent.html aber hier der falsche Thread, Fusion ist weder Kernkraft noch EE, sondern im Moment noch Scifi oder Fantasy.

Miles1701 schrieb:wird die Temperatur so schnell steigen

Letztlich wird sie das wohl, mich interessiert hierbei mehr das "wie?".

Die Antwort auf diese Frage liefert uns die gute alte Thermodynamik, und die teilt mit, dass in einem Vakuum die gängigen Methoden versagen. Also Wärmeübertragung durch Kontakt, Wärmekonvektion, etc. scheiden quasi aus, da es viel zu wenige Teilchen gibt. Was übrig bleibt ist Strahlung.

Reicht die Strahlung des wenigen Plasmas in der Brennkammer aus, oder muss da von außen nachgeholfen werden? Und wie bekommt man es hin, dass sich der Brennstoff nur innerhalb der magnetischen Eindämmung ionisiert, und nicht bereits davor, oder erst beim verlassen? Die kinetische Energie des Geschosses kann auch nicht zum Wärmeanteil gerechnet werden, weil dafür nur die ungerichteten Teilchenbewegungen relevant sind.

Ich kenne jetzt die Dimensionen eines solchen Magnetfeldtorus nicht genau, aber ich denke, das wird irgendwo im Meterbereich liegen. Wenn man nun so ein Geschoss aus gefrorenem Gas mit 10³ms^-1 darauf abfeuert, dann darf es weder zu früh, noch zu spät ionisieren, sondern möglichst exakt im inneren der Eindämmung. Der mögliche Zeitrahmen dafür liegt im tausendstel Sekundenbereich. Vielleicht ist das ja auch nur Pillepalle, und keine große technische Herausforderung, aber interessieren täte es mich trotzdem. :D