Unbelastete Fusion, eine weitere
mögliche Technik?
Die FOCUS-Experimente
Die Ergebnisse, die bis heute erzielt wurden, haben nicht das gleiche Vertrauensniveau wie jene der Z-Maschine
von Sandia, aber es schien uns interessant, diese Experimente zu erwähnen, um zu zeigen, welch breite Palette an Möglichkeiten die MHD bietet, um die Dichte und Temperatur eines Plasmas zu erhöhen. In dieser Hinsicht ist das FOCUS-Experiment sehr originell. Es bleibt jedoch unklar, ob die hohen Temperaturen, die mit dem Röntgenstrahl gemessen wurden, tatsächlich die Temperatur des Plasmas oder das Auswirkung des Aufpralls auf die Anode darstellen. E. Lerner, der nicht über die Mittel des mächtigen Labors in New Mexico verfügt, ist überzeugt, dass dies darauf hindeutet, dass eine Temperatur von über einer Milliarde Grad (100 keV) erreicht wurde. Wir überlassen ihm die Verantwortung für diese Schlussfolgerung.
Funktionsprinzip
- Juni 2006
FOCUS ist ein Experiment, über das seit Anfang der 2000er Jahre viele Leute sprechen. Man findet Informationen in der Wikipedia unter:
http://en.wikipedia.org/wiki/Plasma_focus
Die Fusion, für jeden sofort verständlich, ruft zwei eindeutige Techniken hervor.
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Die Fusion in Tokamaks, was der kostspieligen Versuch ITER entspricht, der in Cadarache, nördlich von Aix-en-Provence, gebaut wird.
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Die Fusion durch Laser, was eine andere „Kathedrale für Ingenieure“ darstellt, das Megajoule-Projekt, das in Barp, nahe Bordeaux, liegt.
Die Fusion bezieht sich auch ausschließlich auf die von Deuterium und Tritium, die bei der niedrigsten Temperatur stattfindet. Deuterium ist ein erster Isotop des Wasserstoffs, dessen Kern aus einem Proton und einem Neutron besteht. Der Kern des Tritiums besteht aus einem Proton und zwei Neutronen.
Ihre Fusion, die eintritt, wenn die Temperatur hundert Millionen Grad erreicht (mit schnellem Tempo), erzeugt ein Heliumkern und ein schnelles Neutron mit einer Energie von 14 MeV (14 Millionen Elektronenvolt). In der Mitte der Sonne beträgt die Temperatur der „Kessel“ nur 15 bis 20 Millionen Grad und die Fusion verläuft dort viel langsamer (sonst würde die Sonne explodieren).
Die Moleküle des schweren Wasserstoffs gleichen denen des leichten Wasserstoffs fast genau. Sie besitzen die gleichen chemischen Eigenschaften:
Auf der linken Seite ein D-D-Molekül und auf der rechten Seite ein T-T-Molekül. Die Bindung wird durch Elektronen gewährleistet, hier dargestellt durch Bienen. Die „Nukleonen“ sind durch kleine Teufel dargestellt. Die Protonen, elektrisch geladen, sind lila, die Neutronen, elektrisch neutral, sind rot.
Ab 3000 Grad „ionisiert“ sich der Wasserstoff vollständig, die Elektronen verlassen die Kerne und der Wasserstoff (leicht oder schwer) verwandelt sich in ein Plasma, eine Mischung aus einem „Elektronengas“ und elektrisch geladenen Kernen. Aber bei etwa 100-150 Millionen Grad neigen diese Kerne dazu, zu reagieren:
Hier ist das Schema der Fusion des schweren Wasserstoffs:
Der Leser kann sich mit all diesen Konzepten, die mit der Kernenergie verbunden sind, vertraut machen, indem er meine kostenlos herunterladbare Comic-Strip konsultiert
Energietreu
verfügbar auf der Website
http://www.savoir-sans-frontieres.com
unter der Adresse:
http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/energetiquement_votre.htm
Es ist die Emission dieses 14 MeV Neutrons, die das Problem darstellt, da diese Teilchen eine
induzierte Radioaktivität
in allen Strukturen des Reaktors verursachen. Diese Neutronen integrieren sich in die Materialien der Reaktorstrukturen und erzeugen zahlreiche instabile Substanzen, die sofort radioaktiv werden und Abfälle darstellen. Dieser Neutronenstrom beeinträchtigt zudem die Reaktorstrukturen, kann im Laufe der Zeit die Festigkeit seiner Komponenten gefährden und das ordnungsgemäße Funktionieren der Spulen, die das Plasma einschließen, beeinträchtigen.
Das obige Bild erinnert an die Regeneration des Tritiums. In der Praxis erzeugen die Fusion Neutronen nicht nur Tritium. Sie erzeugen auch zahlreiche radioaktive Isotope durch künstliche Radioaktivität (im Gegensatz zur „natürlichen Radioaktivität“, die mit radioaktiven Isotopen in der Natur verbunden ist und ursprünglich in Supernova-Explosionen entstanden ist und später in die Masse der Erde gelangte, als sie sich bildete). Eine Lithiumschale verhält sich wie ein „fruchtbares Material“, das kontinuierlich Tritium erzeugen soll, welches radioaktiv (Halbwertszeit: 12 Jahre) in der Natur nicht vorkommt.
Der Durchschnittsmensch weiß in der Regel nicht, dass die Fusion „eine Atomchemie“ ist, bei der man von einem „Fusionsgemisch“, einer „Reaktion“ und „Reaktionsprodukten“ ausgeht. Die Deuterium-Tritium-Fusion ist nur eine der möglichen Reaktionen. Aber sie ist die, die bei der niedrigsten Temperatur stattfindet.
Umweltfreundliche Fusionsreaktionen, frei von Radioaktivität und radioaktiven Abfällen!
Wir haben gesehen, in einem Artikel über die Z-Maschine, dass eine Temperatur von zwei Milliarden Grad 2005 in den Sandia-Laboratorien in New Mexico erreicht wurde. Es sei angemerkt, dass das Ziel des Experiments nicht darin bestand, so hohe Temperaturen zu erreichen, sondern eine einfache Röntgenstrahlquelle unter einigen Millionen Grad zu erzeugen. Doch unerwarteterweise hat dieser Plasmapressor ... zwei Milliarden Grad geliefert, auf eine völlig unbestreitbare Weise. Dieses Ergebnis
Außenseiter
verursachte sofort Unbehagen bei den Teams, die seit Jahrzehnten diese kostspieligen Projekte verwalten, nämlich:
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Die Laserfusion (in Frankreich: Megajoule)
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Die Fusion in Tokamak-Maschinen (in Frankreich: ITER)
Aber wir werden sehen, dass diese Z-Maschine nicht die einzige sein könnte, die so heiße Plasmen erzeugen kann (während das ITER-Gerät, das kontinuierlich arbeitet, seine Temperatur nicht erhöhen kann). Mit einer Analogie könnte man sagen, dass es so viel Unterschied zwischen dieser neuen Generation von Hochtemperatur-Fusionsmaschinen und dem Tokamak gibt wie zwischen Explosionsmotoren und Dampfmaschinen.
Somit, im Vergleich, ist ITER die Dampfmaschine der modernen Zeit
Um diese Arten von Maschinen besser zu verstehen, ist es notwendig, sich mit den elektromagnetischen Kräften vertraut zu machen, die in elektrischen Leitern wirken, dann in Entladungen.
Nehmen wir einen „flexiblen“ Spulen, eine einfache Schleife, in der ein Strom fließt. Diese Schleife erzeugt ein Feld, das auf den Stromleiter wirkt, durch die Lorentzkraft I x B
Ausdehnung einer Schleife durch ihr eigenes Magnetfeld
Das ist typischerweise das Experiment, das Sie im Gymnasium oder im Palais de la Découverte gesehen haben.
Wenn der Strom stark genug ist, kann dies zum Zerreißen des elektrischen Leiters führen. In meinem Labor der sechziger Jahre erzeugten wir Magnetfelder von 2 Tesla (20.000 Gauss) mit Strömen von 50.000 Ampere, die von einem Kondensatorbatterie geliefert wurden. Die Wicklungen bestanden aus Kupferblech. Wenn diese nicht fest gebunden waren (von einer Glasfasermatte, mit Araldit befestigt), zerplatzten diese Spulen sofort und überschütteten das Labor mit Trümmern.
Nehmen wir jetzt eine elektrische Entladung. Sie haben alle schon das Experiment gesehen, bei dem eine elektrische Entladung zwischen zwei Metallstäben erzeugt wird. Diese „steigt“ und bricht schließlich.
Wir finden das Schema der Schleife von vorher, mit dem Unterschied...