Aankondigingseffecten op ITER en kernenergie

Naamloos document

Aankondigingseffecten

10 mei 2012

Sinds ik me in het ITER-project en de tokamaks heb verdiept, vermenigvuldigen zich de aankondigingseffecten. Het woord "disruptie" is verschenen in Wikipedia. Tijdens bezoeken aan Cadarache houden het publiek zich niet langer tevreden met het bewonderen van de mooie maquette die ze krijgen te zien en het zwijgend luisteren naar de woorden van een charmante gastvrouw. De mensen beginnen vragen te stellen.

De afgelopen dagen is er een nieuwe, partijpolitieke tekst verschenen op internet, die het ITER-project ondersteunt. Ik ben overspoeld met berichten hierover en heb besloten hierop te antwoorden op mijn website. Opnieuw is het volkomen onzin. Dat was mijn indruk, bevestigd door telefoontjes naar specialisten in hete plasma's, die nog steeds in dienst zijn en dus moeten zwijgen.

Over een tiental dagen geef ik een voordracht in de regio over ITER en de kernenergie in het algemeen, als ik de tijd heb. Er is een lange video (1 uur en 50 minuten) op de site van Enquête et Débat, die ik aanbeveel te bekijken, waarin ik de kritiek van Glenn Wurden uit september 2011 weerspiegel, die ik een uur geleden aan de telefoon had, geformuleerd tijdens een congres over toekomstige tokamaks in september 2011 in Princeton. In de video leg ik zijn "slides" uit, eerst in het Engels, dan direct in het Frans. Dit staat in het "best of" van de site Enquête et Débat (groene vakje rechtsboven).

Maar een uur en vijftig is lang. Het had beter kunnen zijn opgesplitst in afzonderlijke segmenten. Destijds had ik alles op een rijtje opgenomen, zonder montage. Het zou fijn zijn geweest als er een permanente link op de site van Sortir du Nucléaire zou zijn, die alleen maar gebeurtenissen publiceert. Ik had Philippe Brousse, voorzitter van deze collectief van 900 verenigingen, voorgesteld om een icoon op de startpagina te plaatsen, die verwijst naar inhoudelijke artikelen over de wetenschappelijke en technische aspecten van de kernenergie. Hij heeft me nooit beantwoord. Het zijn organisatoren van happenings.

De voordracht die ik zal geven, wordt opgenomen in video en direct online gezet. De mensen die beeld- en geluidopname doen, zullen zelf de afbeeldingen die ik hun leveren, inpluggen. Dat kost wat tijd. Ook moet men de afbeeldingen precies op het juiste moment en gedurende een passende duur plaatsen.

Vandaag ben ik bezig met een verzameling modellen, gebaseerd op kleine torussen van polystyreen, met een diameter van 30 cm, die ik gisteren in Aix heb gekocht. Ik zal een eerste proberen: proberen de werking van een tokamak, dus van ITER, uit te leggen, iets wat mensen volledig onbekend is. Het is waar dat de keuze van de term "poloïdaal magnetisch veld" niet bijdroeg aan duidelijkheid.

Ik zal proberen alles wat ik kan in 45 minuten te verwerken, de maximale aandachtstijd die toeschouwers kunnen bieden.

De organisatoren hebben geprobeerd deze manifestatie een debatachtige uitstraling te geven. Michel Claessens, verantwoordelijk voor communicatie bij ITER, had eerst ingestemd. Toen hij echter wist dat hij tegenover mij zou staan, trok hij zich terug, omdat hij niet wilde debatteren met iemand die "te negatief" was (...).

Ook bij de wetenschappers van het Instituut voor Onderzoek op het Gebied van Magnetische Fusie, gevestigd in Cadarache, binnen de muren, het bastion van de fusie in Frankrijk, een terugtrekking. Michel Chatelier, Gabriel Marbach, voormalige directeuren. Alain Bécoulet, expert op het gebied van ITER, Philippe Gendrih, directeur van onderzoek in dit instituut, "de heer Fusie bij het CNRS".

We zullen lege stoelen plaatsen met hun namen en filmen.

Alles dit is vermoeiend en ik ben vermoeid. Zeventig vijf jaar, dat weegt toch een beetje.

Goed, laten we nu naar deze aankondigingseffecten gaan. We zullen ze één voor één doorlopen en alles hier afwijzen.

De ITER-organisatie heeft middelen, geld, en kan een verspreiding van informatie op gang brengen, waarvoor het publiek en internetgebruikers tot nu toe geen tegenmaat hadden. Nu gaat het om een recente mededeling over de "Greenwald-limiet". Ik geef eerst de mededeling, dan leg ik het uit:

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69903.htm

Bron:

Fysica en nanotechnologie Een stap verder naar het beheer van kernfusie?

Twee fysici in de VS hebben recent een mogelijke verklaring gevonden voor een van de belangrijkste problemen die de ontwikkeling van kernfusie belemmeren. Ze stellen een oplossing voor die, indien experimenteel bevestigd, een aanzienlijke prestatieverbetering binnen tokamaks zou kunnen opleveren. Dat is een aanleiding om onze hoop te voeden dat we deze nieuwe technologie ooit zullen kunnen beheersen om industriële elektriciteitsproductie mogelijk te maken.

In een tijd waarin de energievoorziening van de planeet centraal staat, zou kernfusie een ideaal energiebron zijn, omdat deze overvloedig en weinig vervuilend is. Toch zijn de strikte voorwaarden voor fusie moeilijk te realiseren, waardoor de technologie vandaag nog steeds in de fase van onderzoek en experimentatie verkeert. Het doel van een fusiecentrale, die de warmte die vrijkomt bij fusiereacties omzet in elektriciteit, is nog ver van bereikt. Nationale en internationale wetenschappelijke gemeenschappen zijn zich ingezet voor grote projecten die passen bij dit aanzienlijke uitdaging. De omvang van de investeringen laat een deel van de bevolking perplex. De ontwikkeling van kernfusie is tegenwoordig een bron van debat over de relevantie van het investeren van zulke sommen voor een resultaat dat niet gegarandeerd is. In dit kader zijn de verwachtingen talrijk en dringend.

Daarom werd de ontdekking van Luis Delgado-Aparicio en David Gates, beiden fysici bij het Princeton Plasma Physics Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy, met enthousiasme ontvangen.

Ze richtten zich op instabiliteiten die kunnen optreden in het plasma in tokamak-configuraties, en die het grootste probleem vormen dat de ontwikkeling van deze apparaten remt.

Het ontstaan van deze driedimensionale instabiliteiten, bekend als "disrupties", is erkend als onvermijdelijk, zelfs onder normale confinement-omstandigheden.

Ze vertegenwoordigen een plotselinge en zeer snelle verlies van het plasma-confinement en kunnen aanzienlijke schade aan de apparatuur veroorzaken. Bovendien zijn de risico's op schade groter naarmate de kracht van de tokamak groter is. Zo zou de prototype-powertokamak ITER, momenteel in aanbouw in Cadarache, zijn hele installatie aanzienlijk kunnen beschadigen.

Een belangrijke oorzaak van deze disrupties is de verhoging van de dichtheid van het plasma boven een bepaalde kritieke waarde, de zogenaamde Greenwald-limiet. Deze limiet lijkt universeel en haar oorsprong blijft tot op heden een raadsel.

Voor fusie in het plasma moet het voldoende dicht en heet zijn om de lichte kernen in het plasma dichter bij elkaar te brengen en hun hercombinatie tot zwaardere kernen te veroorzaken. Deze hercombinatie gaat gepaard met een grote hoeveelheid energie in de vorm van warmte, die we willen ophalen om daarna elektriciteit te produceren. Deze fusiereactie vindt natuurlijk plaats in de zon en de meeste sterren. In theorie zou meer energie toevoegen aan het plasma leiden tot een hogere dichtheid en dus meer fusiereacties. De Greenwald-limiet staat hier tegenaan. Bovendien, omdat het aantal nucleaire reacties evenredig is met het kwadraat van de dichtheid van het plasma, beperkt deze limiet de prestaties van een tokamak van een bepaalde grootte. Daarom zoeken wetenschappers al decennia naar een verklaring voor haar oorsprong.

De uitgebreide studie van L. Delgado en D. Gates richt zich op dit probleem. Ze stellen een nieuwe, andere verklaring voor dan die van Greenwald, de fysicus van het MIT die de vergelijking opstelde die deze limiet beschrijft (en die zijn naam draagt). Mijn opmerking: Greenwald heeft zijn vergelijking niet op theoretische gronden opgesteld. Dat noemde het CEA in de tekst op hun website, bedoeld om mij te discrediteren (en waarvoor ik geen recht van antwoord had): een "technische wet", oftewel een volledig empirische formule, afgeleid uit waarnemingen. U vindt deze mooie formule door "Greenwald limit" in Wikipedia te zoeken:

Zoals uit deze wet blijkt, is het onmogelijk om in een tokamak deze dichtheid te overschrijden, die evenredig is met de "plasma-stroom", de stroom die in het plasma circuleert (1,5 miljoen ampère in Tore Supra, 15 in ITER) en omgekeerd evenredig met het kwadraat van de waarde van de "kleine straal" van de toroïdale kamer. Deze studies zijn in de jaren tachtig volledig empirisch opgezet door Greenwald.

Laten we teruggaan naar de aankondiging die dit kader vormt:

Volgens Greenwald zou de instabiliteit voortkomen uit een te groot stralingsverlies van het randplasma, wat de temperatuur verlaagt en daardoor de weerstand verhoogt. De stroom die door het plasma loopt, verplaatst zich dan van de rand naar het centrum, zodat de stroomdichtheid in het centrum de drempelwaarde (de zogenaamde Kruskal-Shafranov (KS)-waarde, evenredig met het toroïdale veld) bereikt, waarna een magnetohydrodynamische (MHD) instabiliteit ontstaat: het plasma wikkeleert en raakt de wand van de tokamak, waar het afkoelt. De stroom van het plasma wordt dan gedwongen om in de wand te doordringen, wat leidt tot beschadiging.

Echter, de initiëring en het einde van dit proces zijn niet duidelijk.

De aanpak van L. Delgado en D. Gates richt zich op de magnetische eilanden die ontstaan wanneer de limiet wordt bereikt. Ze tonen met behulp van vergelijkingen aan dat deze eilanden de oorzaak zijn van het instorten van het plasma.

De relatie tussen deze eilanden en het instorten is niet nieuw, maar de oorzaak-gevolgrelatie is in eerdere studies niet duidelijk gemaakt.

Hier is dus het nieuwe scenario dat ze voorstellen: de eilanden zijn verantwoordelijk voor twee negatieve effecten:

enerzijds accumuleren ze vervuiling afkomstig van de wanden van de tokamak, wat het plasma afkoelt, en anderzijds gedragen ze zich als schilden tegen extra energie-injectie in het systeem. Wanneer de geïnjecteerde energie lager wordt dan de energie die de eilanden via het Joule-effect afgeven, breekt het evenwicht.

De eilanden groeien tot een groot genoeg formaat om de elektrische stroom die het plasma beperkt, te doen instorten. Het plasma verdwijnt dan in enkele milliseconden.

Er blijft nu nog over om deze hypothese experimenteel te controleren, wat binnenkort gebeurt op de tokamaks C-Mod van het MIT en DIII-D van General Atomics in San Diego. Dankzij deze nieuwe visie op het probleem, dachten L. Delgado en D. Gates aan een mogelijke oplossing om dichtheden te bereiken boven de Greenwald-limiet:

deze zou bestaan uit het rechtstreeks injecteren van energie in het hart van de eilanden.

Als deze manipulatie werkt, zouden de noodzakelijke voorwaarden voor fusie (hoge temperaturen en hoge dichtheid) in de toekomst veel gemakkelijker kunnen worden bereikt.

"Als..." zoals de Lacedemoniërs zeggen. Voor meer informatie, contacten:

• Officiële website van het "U.S. Department of Energy": http://science.energy.gov/ - Officiële website van het "Princeton Plasma Physics Laboratory": http://www.pppl.gov/ - Officiële website van ITER: http://www.iter.org/ - Officiële website van het "Plasma Science and Fusion Center" aan het MIT: http://www.psfc.mit.edu/research/alcator/ - Officiële website van het "General Atomics Fusion Energy Research"-team in San Diego: https://fusion.gat.com/global/Home - Pedagogisch artikel van D.F. Escande over magnetisch geconfinieerd thermonucleair plasma: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/9cUmA - Dossier van het CEA over magnetische fusie: http://www-fusion-magnetique.cea.fr/ - Algemene informatie over fusie: http://redirectix.bulletins-electroniques.com/QWoZ1 - BE nr. 282: "Ontwikkeling van kernfusie door inertiale beperking: de Amerikaanse academies zijn daar gunstig over": http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69455.htm Redacteuren:

Catherine Marais, adjunct wetenschappelijk attaché; deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org; Vind al onze activiteiten op http://france-science.org.

Wat volgt is afkomstig uit een recenter artikel (een presentatie uit 2001)

Als je het artikel van Greenwald leest, zie je hoe weinig het gebaseerd is op een theoretisch fundament. Het is zuiver empirisme. Hij had de idee voor deze wet uit zijn hoofd, en testte het. En de grafieken die ze geven lijken overeen te komen met wat hij zich had voorgesteld. Maar er is geen duidelijke oorzaak-gevolgrelatie. Dit toont de zwakte van de manier waarop theoretici over dit probleem van hete plasma's onder magnetische velden hebben geopperd.

Greenwald is een experimentator die zijn doctoraat deed aan de machine ALCATOR in de VS in de jaren tachtig. Hij verhoogde geleidelijk de dichtheid in de kamer door ijsblokjes van vaste waterstof te injecteren. Dat creëerde plaatselijke dichtheidsverhogingen, die snel verspreidden over de hele kamer. Hij kwam tot een limietwaarde van dichtheid, die hij probeerde te lokaliseren met verschillende waarden van de plasma-stroom, een parameter waarop hij kon invloeden. Daar zag hij dat de kritieke dichtheid afhankelijk was van het kwadraat van de stroomsterkte, vrij trouw. Maar het was gewoon een feitelijke waarneming van een experimentator.

/NUCLEAIRE/ITER/ITER_fusion_non_controlee/greewald_limit_1988.pdf

Later verfijnde hij zijn werk, en het volgende is afkomstig uit een presentatie uit 2001

Een van de grafieken waarop Greenwald gevallen van disrupties heeft gemarkeerd.

Over disrupties geeft hij in zijn artikel een grafiek die de hevigheid van het instorten van de stroom laat zien:

Hier is de conclusie van Greenwald:

• Dit vertegenwoordigt een substantiële vooruitgang in het begrijpen van dit belangrijke en interessante probleem (...)

• Het is opmerkelijk dat een eenvoudige empirische wet een greep geeft op een zo complex probleem.

• Het feit dat deze wet ook op een grote verscheidenheid van confinement-systemen van toepassing is, is opmerkelijk.

• ........

• Maar het begrijpen van de oorzaak van dit fenomeen blijft een uitdaging.

We hebben al sinds de jaren vijftig geprobeerd met tokamaks, wat betekent dat we gedurende decennia hebben gewerkt met een plotselinge, destructieve fenomeen waarvoor we STRENG GEEN ENKELE VERKLARING hadden. Ik herinner me het telefoontje van een uur dat ik had met Philippe Gendrih, directeur van onderzoek bij het IRFM, die deze Greenwald-limiet beschreef als "een belangrijk element".

Het gaat dus om de empirische beheersing van een fenomeen, geïntegreerd een kwart eeuw geleden door een "technische wet", waarvan de begrijping sindsdien geen stap vooruit heeft gedaan.

Let op dat Gendrih koppig weigert om met mij te debatteren, gefilmd (en dus online te verspreiden).

Deze "technische wet" van Greenwald, zoals de idioot die tien pagina's over mij op de site van het CEA heeft gepubliceerd, zou kunnen zeggen, is een voorbeeld van alles wat we hebben om een tokamak, een machine even problematisch als ITER, te besturen. U hebt gelezen dat Greenwald dacht dat disrupties voortkwamen uit een fenomeen dat zich nabij de wanden afspeelde en zich vervolgens naar het centrum van het plasma verspreidde.

Het is nog net te verdragen om een kleine manipulatie te besturen met "technische wetten", maar het is verantwoordeloos om op zulke besturingsmiddelen de grootste fysica-experiment ooit op de wereld te baseren.

Het artikel dat in deze pagina wordt genoemd, van L. Delgado en D. Gates, is geprezen als "een grote ontdekking" in het tijdschrift "l'Usine Nouvelle". Delgado en Gates suggereren dat disrupties hun oorsprong hebben in het hart van het plasma, en niet via randinstabiliteiten die een afkoeling veroorzaken die zich naar het centrum verspreidt (zoals Greenwald stelt). Ze verwijzen naar deze "eilanden" die tendens hebben om zich in het plasma te vormen en die vormen van grote-schaal magnetische turbulentie zijn. In feite vertegenwoordigt de vooruitgang van deze onderzoekers het belang van termen in een vergelijking.

Het plasma van tokamaks vervuilt onvermijdelijk, door het losmaken van atomen, microscopische stofdeeltjes van de wand. Deze atomen of atoomaggregaten hebben een hoog atoomnummer (zoals wolfraam, dat geïoniseerd tientallen elektrische ladingen kan dragen). De ionen zijn de oorzaak van een toename van stralingsverliezen door remstraling. Deze groeit met het kwadraat van de ionlading. Dus vervuiling door ionen losgemaakt van de wand = radiatieve afkoeling van het plasma. Onder een bepaalde temperatuur wordt het plasma weer geleidend.

Voor een disruptie is de weerstand van het plasma minimaal. In ITER zal een stroom van 15 miljoen ampère worden gecreëerd met behulp van een geïnduceerd veld (door de langzame groei van een magnetisch veld dat wordt gegenereerd door de solenoïde nabij de as van de machine, verticaal geplaatst), een geïnduceerd veld dat lager