Fusjonsreaktor

Fusjonsreaktor

Kjernefysisk fusjon vil sørge for en miljøvennlig og praktisk talt ubegrenset energikilde.

Teknologi

Nøkkelord

fusjonsreaktor, ITER, kjernefysisk fusjon, kjernereaktor, kjernekraft, deuterium, tritium, reaktorkammer, plasma, generator, transformator, turbiner, kjøletårn, kraftproduksjon, kontrollsenter, Frankrike, energi, miljøvennlig, energikilde, partikkelfysikk, vitenskapshistorie, oppfinnelse, teknologi, fysikk, kjemi

Relaterte elementer

Scener

ITER, International Thermo Experimental Reactor

  • elektrisk kabel
  • transformator
  • gasstank
  • tank med flytende nitrogen
  • service- bygning
  • tokamak bygning - Denne bygningen huser fusjonsreaktoren. Det er en tokamak reaktor, der en ring av plasma svever i en toroidal elektromagnet. Fusjonen finner sted i denne plasmaen, ved en temperatur på 100 millioner °C.
  • laboratorie, kontorer - Bygningen huser kontorer, et bibliotek, en forelesningshall, et konferanserom og en restaurant.
  • kontroll- senter
  • den huser hjelperessursene
  • avkjølingstårn
  • bygninger der magnetisk energi transformeres - Den innkommende vekselstrømmen blir transformert til likestrøm som er nødvendig for driften av elektromagnetene i tokamak-reaktoren.

Fusjonsreaktor

  • sentral solenoid - Sammen med toroidal- og poloidal-spolene er funksjonen å produsere et magnetfelt. Plasmaen der den kjernefysiske fusjonen finner sted er plassert i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • isolasjons lag - Fordi plasmaen der den kjernefysiske fusjonen finner sted er omtrent 100 millioner °C varm er termisk isolasjon nødvendig.
  • vakuumkammer - Dette er hvor den brennende plasmaen, der kjernefysisk fusjon finner sted ved 100 millioner °C, blir produsert.
  • porter
  • toroidal spole - Sammen med den sentrale solenoid- og poloidal-spolen er funksjonen dens å produsere et magnetfelt. Plasmaen der kjernefysisk fusjon finner sted svever i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin høye temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • poloidal spole - Sammen med den sentrale solenoid- og toroidal-spolen er funksjonen dens å produsere et magnetfelt. Plasmaen der kjernefysisk fusjon finner sted svever i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin høye temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • plasma - Ionisert gass der kjernefysisk fusjon finner sted dersom forholdene er rette. Inne i reaktoren er det omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen ekstern energiforsyning.

Virke

  • elektromagnetisk oppvarmingssystem - Plasmaen i reaktoren er omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen ekstern energiforsyning.
  • elektromagneter - Plasma med en temperatur på 100 millioner °C kan kun oppbevares i en svevende tilstand. Dette sikres ved hjelp av elektromagneter.
  • reaktorkammer
  • plasma - Ionisert gass der kjernefysisk fusjon finner sted dersom forholdene er rette. Inne i reaktoren er det omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen eksternt energiforsyning.
  • damp - Vann kokes opp ved hjelp av varmen som frigis ved fusjon, og dampen som skapes brukes til å produsere elektrisk strøm.
  • vann - Det kokes opp ved hjelp av varmen som frigis ved fusjon, og dampen som skapes brukes til å produsere elektrisk strøm.
  • generator
  • transformator
  • turbiner - De produserer elektrisk strøm fra energien av dampen som mates inn i dem.

Fusjonsprosess

Når en kjernefysisk fusjon finner sted fuseres to kjerner mens de gir fra seg energi. Fusjon av deuterium- og tritium-kjerner (hydrogenisotoper) er best egnet for å danne fusjonsenergi. Deuterium og tritium finnes i nærmest ubegrensede mengder.

Deuterium består av ett proton og ett nøytron, mens tritium består av ett proton og to nøytroner. I løpet av reaksjonen kolliderer deuterium- og tritiumkjernene, produserer én heliumkjerne og ett nøytron, og gir fra seg energi. Grunnen til dette er at den totale massen av heliumkjernen og nøytronet som ble produsert av reaksjonen er mindre enn den totale massen av de originale deuterium- og tritiumkjernene. Ifølge Einsteins likning, E=mc², vil en reduksjon i masse resultere i at energi blir frigitt.
E: frigitt energi,
m: strålingsmasse,
c: lysets hastighet (300000 km/s)

Aktiveringsenergien til den kjernefysiske reaksjonen er ekstremt høy, fordi protonene i hver kjerne vil frastøte hverandre kraftig, siden hver og én av dem har samme positive ladning. Når kjernefysisk fusjon skjer i stjerner tar reaksjonen plass ved ekstremt høy temperatur og under enormt trykk. I en tokamak reaktor er trykket mye lavere enn det; temperaturen, på den annen side, er enda høyere enn den er i stjerner: 10 ganger så varmt som temperaturen i solens kjerne.

Animasjon

  • sentral solenoid - Sammen med toroidal- og poloidal-spolene er funksjonen å produsere et magnetfelt. Plasmaen der den kjernefysiske fusjonen finner sted er plassert i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • isolasjons lag - Fordi plasmaen der den kjernefysiske fusjonen finner sted er omtrent 100 millioner °C varm er termisk isolasjon nødvendig.
  • vakuumkammer - Dette er hvor den brennende plasmaen, der kjernefysisk fusjon finner sted ved 100 millioner °C, blir produsert.
  • porter
  • toroidal spole - Sammen med den sentrale solenoid- og poloidal-spolen er funksjonen dens å produsere et magnetfelt. Plasmaen der kjernefysisk fusjon finner sted svever i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin høye temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • poloidal spole - Sammen med den sentrale solenoid- og toroidal-spolen er funksjonen dens å produsere et magnetfelt. Plasmaen der kjernefysisk fusjon finner sted svever i dette feltet. Det er nødvendig at plasmaen svever, hvis ikke ville den smeltet alt på grunn av sin høye temperatur på omtrent 100 millioner °C.
  • plasma - Ionisert gass der kjernefysisk fusjon finner sted dersom forholdene er rette. Inne i reaktoren er det omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen ekstern energiforsyning.
  • elektromagnetisk oppvarmingssystem - Plasmaen i reaktoren er omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen ekstern energiforsyning.
  • elektromagneter - Plasma med en temperatur på 100 millioner °C kan kun oppbevares i en svevende tilstand. Dette sikres ved hjelp av elektromagneter.
  • reaktorkammer
  • plasma - Ionisert gass der kjernefysisk fusjon finner sted dersom forholdene er rette. Inne i reaktoren er det omtrent 100 millioner °C. Denne høye temperaturen er nødvendig på grunn av den høye aktiveringsenergien til kjernefysiske fusjoner. Dette varmes opp av elektromagnetisk stråling og elektrisitet. Når den kjernefysiske fusjonen begynner vil den bli selvdrevet på grunn av all energien som frigis, og det vil ikke trenges noen eksternt energiforsyning.
  • damp - Vann kokes opp ved hjelp av varmen som frigis ved fusjon, og dampen som skapes brukes til å produsere elektrisk strøm.
  • vann - Det kokes opp ved hjelp av varmen som frigis ved fusjon, og dampen som skapes brukes til å produsere elektrisk strøm.
  • generator
  • transformator
  • turbiner - De produserer elektrisk strøm fra energien av dampen som mates inn i dem.

Forteller

Når en kjernefysisk fusjon finner sted fusjoneres to kjerner mens de gir fra seg energi. Fusjon av deuterium- og tritium-kjerner er best egnet for å danne fusjonsenergi.
Deuterium består av ett proton og ett nøytron, mens tritium består av ett proton og to nøytroner. I løpet av reaksjonen kolliderer deuterium- og tritiumkjernene, produserer én heliumkjerne og ett nøytron, og gir fra seg energi.

Siden de positivt ladede protonene fra kjernene frastøter hverandre er det nødvendig med høy aktiveringsenergi for at atomene skal komme nær nok og begynne å fusjonere. Dersom reaksjonen finner sted og mer energi blir frigitt enn den energien som er investert, er reaksjonen derimot eksoterm.

Når kjernefysisk fusjon finner sted i stjerner, blir aktiveringsenergien forsynt av tyngdekraftens enorme trykk og energi.

Den ødeleggende kraften til hydrogenbomben forårsakes også av kjernefysisk fusjon. Energien som trengs for fusjon i en hydrogenbombe forsynes av eksplosjonen av en atombombe.

Det har enda ikke blitt utviklet en fredelig måte å bruke fusjons-energi på. Flere reaktorer har blitt bygget, men driften av disse er fortsatt ikke økonomisk lønnsomme; de krever mer energi enn det de produserer. Derimot tilbyr teknologien et stort løfte; deuterium og tritium finnes i praktisk talt ubegrensede mengder, driften er miljøvennlig fordi sluttproduktet er helium; det er ingen radioaktiv stråling og en stor mengde energi kan skaffes fra en liten mengde drivstoff.

Et stort internasjonalt prosjekt som er under utvikling vil mest sannsynlig resultere i et gjennombrudd i utviklingen av kjernefysisk fusjon. Konstruksjonen av International Thermonuclear Experimental Reactor eller ITER, ble påbegynt i 2006 i Sør-Frankrike.

Reaksjonen i seg selv finner sted i deuterium – tritium-plasma, det vil si, ionisert gass som består av elektroner frigitt fra atomene, og fra deuterium- og tritium-kjerner. Aktiveringsenergien gis ved å varme opp plasmaen til en temperatur på omtrent 100 millioner °C. Ved denne temperaturen ville veggene i reaktoren smelte, derfor oppbevares plasmaen i et ringformet magnetisk felt. Det magnetiske feltet skapes av en toroidal elektromagnet. Denne type fusjonsreaktor kalles en tokamak reaktor. Plasmaen i tokamaken varmes opp ved hjelp av elektrisitet og mikrobølger. Fusjonsreaksjonen begynner ved en ekstremt høy temperatur.

Byggingen av ITER-reaktorene forventes å være ferdig i 2018. Den har blitt designet til å kunne produsere 500 megawatt strøm per 50 megawatt strøm som blir tilført i opptil 400 sekunder. ITER har blitt designet for å kunne utvikle og teste den nødvendige teknologien for energiproduksjon, og ikke bare for industriell energiproduksjon. En annen reaktor kalt 2000 MW DEMO har blitt foreslått for vedvarende energiproduksjon.

De 7 deltakerne i ITER-prosjektet er EU, USA, Japan, Sør-Korea, India, Kina og Russland. Kostnaden for prosjektet er omtrent 16 milliarder Euro, hvorav halvparten betales av EU. Dette internasjonale samarbeidet vil forhåpentligvis resultere i en miljøvennlig og trygg teknologi som kan fortsette å tilfredsstille den stadig voksende etterspørselen etter energi.

Relaterte elementer

Elementærpartikler

Materie består av kvarker og leptoner, mens interaksjoner utføres av bosoner.

Solen

Solens diameter er omtrent 109 ganger så stor som Jordens. Det meste av dens masse består av hydrogen.

Typer stjerner

Denne animasjonen viser hvordan stjerner utvikler seg for gjennomsnittlige og massive stjerner.

Atombomber (1945)

Atombomben er et av de mest destruktive våpnene i menneskenes historie.

Dannelse av hydrogenmolekyler

Hydrogenatomer inne i hydrogenmolekyler holdes sammen av en kovalent binding.

Kjedereaksjon

Energien som frigjøres under kjernefysisk fisjon kan anvendes til sivile eller militære formål.

Kjernekraftverk

Kjernekraftverk omdanner energien som frigjøres under fisjon til elektrisk kraft.

Radioaktivitet

Nedbrytningsprosessen av ustabile atomkjerner kalles radioaktivitet.

Interessante astronomiske fakta

Denne animasjonen viser noen interessante fakta om astronomi.

Rutherfords eksperiment

Rutherfords eksperimentet beviste at det finnes positivt ladede atomkjerner. Dette førte til utarbeidelsen av en ny atommodell.

Sputnik 1 (1957)

Den sovjetiske satellitten var det første romfartøyet som ble sendt ut i verdensrommet (i oktober 1957).

Typer av satellitter

Satellitter som kretser rundt Jorden kan brukes til sivile eller militære formål.

Transformator

En transformator brukes til å omdanne spenningen i elektrisk strøm.

Utviklingen av celestial mekanikk

Animasjonen viser studiene til astronomer og fysikere med verker som har forandret vårt syn på universet.

Voyager-romsondene

Voyager-romsondene var de første menneskelagde objektene som forlot Solsystemet. De samler inn data om det ytre rom og bærer med seg informasjon om...

Dawn-oppdraget

Ved å studere Ceres og Vesta kan vi lære mer om solsystemets tidlige historie og hvordan steinete planeter blir til.

Elektrisitetsforsynings-nettverk

Formålet til et elektrisitetsforsynings-nettverk er å forsyne forbrukere med elektrisitet.

Geotermisk kraftverk

Geotermiske kraftverk konverterer energi fra varmt vann under høyt trykk som finnes dypt nede i jorden til elektrisitet.

Hvordan fungerer det? – Solpanel, solfanger

Denne animasjonen demonstrerer hvordan solenergi kan utnyttes.

ISS (den internasjonale romstasjonen)

Den internasjonale romstasjonen er en beboelig romstasjon bygget i samarbeid mellom 16 land.

Jurij Gagarins reise ut i verdensrommet (1961)

12 april 1961 ble Jurij Gagarin det første mennesket i verdensrommet.

Keplers lover for planetenes bevegelse

De tre viktigste lovene som beskriver planetenes bevegelse, ble formulert av Johannes Kepler.

Marie Curies laboratorium

Marie Curie, den eneste personen som har vunnet Nobelprisen på to forskjellige forskningsområder, er trolig den mest berømte kvinnen i vitenskapens historie.

New Horizons-oppdraget

New Horizons-romsonden ble lansert i 2006, og hadde som formål å studere Pluto og Kuiperbeltet.

Romferge

Romferger er bemannede, gjenbrukbare romskip operert av NASA.

Solkraftverk

Solkraftverk omdanner solenergi til elektrisitet.

Vannkraftverk (Hooverdammen, USA)

Den enorme demningen bygget på Coloradoelven i USA ble oppkalt etter en tidligere amerikansk president.

Vindkraftverk

Vindkraftverk omdanner vindens kinetiske energi til elektrisitet.

Biogassanlegg

Biogass kan produseres fra organisk materiale (gjødsel, planteavfall, organisk avfall) ved bruk av bakterier. Biogass er en blanding av metan og...

Forurensning

Forurensning er den negative effekten som menneskelig aktivitet har på naturen og miljøet.

Tidevannskraftverk

Tidevannskraftverk bruker den daglige endringen i vannivået til å produsere elektrisitet.

Vannturbin, generator

Vannturbiner transformerer den kinetiske energien i vann til elektrisk energi.

Added to your cart.