Waarom moet het ITER-project worden gestopt
23 maart 2006
13 mei 2010, vier jaar later:
ITER, het fusieproject, explodeert in de kosten
http://www.univers-nature.com/inf/inf_actualite1.cgi?id=4218
ITER, de reactor in Cadarache in het zuiden van Frankrijk, die de fusie op aarde belooft voor een bijna onbeperkte energieproductie (1), ziet zijn rekening letterlijk exploderen met een bouw die minstens twee keer zo duur zal zijn als de oorspronkelijke 4,57 miljard (2).
Hoewel China, Zuid-Korea, de Verenigde Staten, India, Japan en de Russische federatie deel uitmaken van het project, is de Europese Unie de belangrijkste economische bijdrager. In dat opzicht zou haar aandeel stijgen van 2,7 naar 7,2 miljard in de tien jaar die aan de bouw zijn besteed. Voor de Europese Commissie zijn er twee mogelijkheden om hiermee om te gaan: de bijdragen van de lidstaten verhogen of de deelname aan het project in het EU-budget verhogen.
Zonder zelfs te spreken over de huidige terugtrekking van de Verenigde Staten bij de financiering van ITER, is deze kostenstijging vooral te verklaren door de complexiteit van het project en een diepe verandering in de huidige ontwerp (2001) om overeen te komen met de technologische mogelijkheden van nu.
Bovendien zijn de kosten van grondstoffen in tien jaar continu gestegen, wat ook bijdraagt aan de stijging van de rekening van ITER.
Ter herinnering, ITER is niet bedoeld om energie te produceren, commercieel gezien, maar om de haalbaarheid van fusie op aarde te demonstreren door in zes minuten 500 miljoen watt (MW) warmte te produceren uit 50 MW "ingeworpen energie".
Na deze fase zou een eerste fusiereactor, DEMO, in Japan verschijnen om de industriële haalbaarheid van het concept te bewijzen tot 2050.
In het licht van de huidige economische crisis zullen de betrokken regeringen hun portemonnee opnieuw openen? Dat is niet zeker, en zonder voldoende financiering zouden de wetenschappers mogelijk genoodzaakt zijn om de omvang van het project te verlagen.
Pascal Farcy
1- ITER, het Internationaal Thermo-nucleair Experimentele Reactor, heeft als doel de mensheid dichter bij het energieproductiemodel van de zon te brengen, in de tweede helft van de 21e eeuw.
2- In 2007 bestond het totale budget uit 4,57 miljard euro voor de bouw (10 jaar), 4,8 miljard euro voor de exploitatie (20 jaar) en 0,53 miljard euro voor de afbouw (10 tot 15 jaar).
Mijn artikel van 2006:
Toen ik op een zogenaamde "debat" in Pertuis op 16 maart dit jaar kwam, waren de anti-nucleairen er. Ze droegen hun witte maskers en riepen leuzen, terwijl de mensen van het CEA, geleid door Patrick Legrand, glimlachten, die in een brochure schreef dat "het debat heeft zijn plek gevonden".
" Het debat heeft zijn plek gevonden "
De mensen waren zeer verbaasd over de inhoud van mijn toespraak. Legrand eindigde uiteindelijk met een grote glimlach:
- Nou, kalmeer, we zullen je een microfoon geven. Je kunt je vraag stellen en we zullen je antwoorden.
Maar mijn vraag was:
- Hoe denken de mensen van dit project om te vechten tegen de krachtige stralingskoeling veroorzaakt door de remstraling na het losraken van zware kernen van de wand?
En daarop was er niemand meer. Legrand, met zijn kaken open, maakte gebaren van ontkracht. Hetzelfde gebeurde met de administratieve verantwoordelijke van het project of met een milieuspecialist die ons uitlegde dat "in dit sociaal project" het belangrijk was om bloemen en kevers te beschermen.
Uiteindelijk vonden we een ingenieur naast me die stamelde:
- Hmmm... dat is een goede vraag.....
Inderdaad, dat is de vraag van honderd euro, die onder geen enkele omstandigheid gesteld mag worden. De snelste waterstofatomen zullen altijd de magnetische barrière doorbreken en, tegen de wand slaand, atomen losraken die onmiddellijk volledig geïoniseerd worden. De stralingsverliezen (Bremstrahlung) die verband houden met de interactie met vrije elektronen variëren als het kwadraat van de elektrische lading. Het plasma zal vervuilen, afkoelen. De ITER-ketel zal verstikken....
ACulham de Engelsen hebben
een seconde fusie verkregen
. ITER zal tien, misschien twintig, in 20 tot 40 jaar produceren. Niemand heeft gewoonweg bepaald hoe men dit probleem van de uitsterving van de ketel moet aanpakken, behalve door te zeggen "er is een schaalfactor". De radiatieve verliezen zijn relatief kleiner in grotere machines. Wanneer we x tientallen seconden fusie hebben, zullen we zeggen "we moeten een super-ITER bouwen, duurder en deze keer, het werkt".
Je start geen project van deze omvang, met zo'n hoge kosten, als je niet al klaar hebt met oplossingen voor ernstige, onvermijdelijke problemen.
Tenzij ITER slechts een duur speelgoed is of een "sociaal project" zoals ik hoorde en las in Pertuis.
ITER
is vooral het voorbeeld van het volledige gebrek aan creativiteit van onze wetenschappers, het equivalent in de experimentele sfeer van superkoorden in het theoretische domein. De fusie met de oplossing van de Tokamak loopt al half eeuw. We worden gevraagd om 30 tot 40 jaar geduld, terwijl onze fysica misschien al veranderd is. Zoals ik zei toen ik de zaal verliet:
ITER is de stoommachine van de derde eeuw
Tore-Supra, de Franse Tokamak, die vijfentwintig jaar geleden in de bouw is gegaan (met dezelfde liedjes van de Blablatron: "de zon in het laboratorium" etc.) heeft zijn beloften niet gehouden. Fusie: nul. Beperkte temperatuurstijging. Maar "de supergeleidende magneten werken". Wat een feest! 25 jaar om een supergeleidende magneten te bouwen die 4 tesla geven: een technologie perfect op punt in alle bubbelkamers van de deeltjesversnellers over de hele wereld. Maar in Frankrijk zijn ze snel om te vieren voor falen.
De aanwezigen herinnerden zich het laatste gesprek met de specialist, die had gezegd "goede vraag".
-
Hebben we tegenwoordig de middelen om zulke "dansen" te betalen?
-
Oh, het lijkt veel geld, maar in procenten van het BBP is het veel minder....
Natuurlijk.
Voor ik de zaal verliet, legde ik mijn mening uit. Het is niet tegen fusie, maar tegen een fusie die "echte fusie" is, wat de stoommachine is voor de explosiemotor. De vergelijking is relevant. In ITER proberen ze
continu te werken, te laag temperatuur, met een vervuilende reactie,
die de omgevende structuren activeert, nieuwe radioactieve afval oplevert terwijl de toekomst is:
schoon fusie
: Bore 11, Waterstof 1, in pulsen, met een miljard graden.
of:
Lithium 7 + Waterstof 1: 500 miljoen graden.
De volgende dag, alsof het per toeval was, kondigde het Sandia-laboratorium in New Mexico de resultaten van zijn Z-machine (zoek op Z-machine in Google).
Bronnen:
http://www.sandia.gov/media/z290.htm
http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/2003/nuclear-power/Zneutrons.html
Inhoud van het artikel van Futura-science:
http://www.futura-sciences.com/news-z-machine-depasse-deux-milliards-degres_8419.php
De Z-machine heeft temperaturen bereikt die ruimschoots boven de twee miljard graden liggen!
(Credits: Randy Montoya)
Meestal werkt de Z-machine als volgt: 20 miljoen ampères lopen door een netwerk van tungsten draden van de dikte van een haar. In een kern, van de grootte van een wolbal, verdwijnen de draden direct en genereren plasma, dat vervolgens snel wordt gecomprimeerd door een sterk magnetisch veld, tot de dikte van een potloodpunt. Zodra de ionen en elektronen zijn gecomprimeerd, hebben ze nergens meer heen (stagnatiepunt) en, zoals een raket die tegen een muur botst, stoppen ze abrupt en verliezen ze een grote hoeveelheid energie in de vorm van röntgenstralen. De Z-machine is ontworpen om temperaturen van enkele miljoenen graden te genereren, dicht bij die van zonneuitbarstingen.
JPP:
Het "stagnatiepunt" is een verkeerde vertaling van "stagnation point", wat "stop punt" betekent. Een stop punt is het punt waar een gasstroom zijn snelheid verlaagt tot nul. Neem bijvoorbeeld de neus van een ruimteveer. Het stagnatiepunt is het punt op de neus waar de snelheid van het gas nul is. Logisch gezien zou men in dit geval moeten spreken van "stagnatie lijn", omdat het plasma naar de as van het systeem convergeert. Als we dit tekst decoderen, lijkt het alsof het plasma op het einde van de compressie, wanneer de snelheid nul wordt, de vorm en het volume van een potloodpunt heeft.
Maar de wetenschappers zouden nooit hebben gedacht dat het vervangen van de tungsten draden door bredere cilindrische staaldraden zou leiden tot temperaturen boven het miljard graden: "Aanvankelijk geloofden we het niet. We hebben de manipulatie vele malen herhaald, om zeker te zijn dat het geen fout was", zegt projectleider Chris Deeney.
Maar wat is er echt gebeurd in het Sandia-laboratorium? In een artikel dat deze maand verscheen in Physical Review Letters, stelt Malcolm Haines, adviseur voor Sandia, de hypothese dat deze onverwachte temperatuur te maken heeft met de opkomst van veel instabiliteiten op het "stagnatiepunt", die een grote hoeveelheid magnetische energie omzetten in thermische energie in enkele nanoseconden.
JPP:
Je moet dit artikel gaan zoeken om te zien wat er precies achter zit.
Er worden momenteel onderzoeken uitgevoerd om meer te leren over dit fenomeen. In ieder geval, volgens Malcolm Haines, kan het bereiken van dergelijke temperaturen zeer nuttig zijn: het zal de studie van zonneuitbarstingen vergemakkelijken,
en kan ook de bouw van kleinere en goedkoper kerncentrales mogelijk maken.
Aan het hoofd van dit project staat Gérald Yonas, die ik in 1976 in Sandia ontmoette (zie mijn boek "De Kinderen van de Duivel"). Kijk naar het beestje. Dat was dertig jaar geleden. Bron: Pour la Science, januari 1979, blz. 52-53 (u vindt daar ook het artikel over de bolomkeer die ik met de wiskundige Bernard Morin heb meegeschreven).
De manier van Yonas, Sandia 1976. Elektronenbundels op een doel "de grootte van een kalkoen ei"
De oude Gérald is dus geen onervaren persoon met sterke elektrische stromen. Het principe van de "Z-machine" is vrij eenvoudig. Yonas stuurt twintig miljoen ampères in totaal in een opstelling van draden die elk een tiende van de dikte van een haar hebben. Deze draden zijn geordend in een cilindrische structuur:
De opstelling van de metalen draden waarin de stroom wordt gestuurd.
Elk verandert in plasma en dit systeem geeft uiteindelijk een soort plasma gordijn dat in de richting van de as van het systeem imploodeert.
Dit lijkt op de fragmentatie van een cilindrische laag. Een fragmentatie in een hele reeks geleiders, om een meer homogene stroomverdeling te verkrijgen en instabiliteiten te voorkomen.
Deze stroom creëert dus een magnetisch veld dat krachten van Laplace J x B op het medium oplegt, dat direct in plasma verandert. Deze systemen werden in 1976 "pinch machines" genoemd. Pinch betekent "drukken". Maar de pinch machines waren gebaseerd op een ontlading in een gaskolom die zich in plasma veranderde. De implosie was dan onstabiel. De draadlaag van Yonas doet denken aan een "holle buis" die is gedeeld in een groot aantal "draden". Wanneer de ontlading plaatsvindt, veranderen deze draden in plasma kolommen die zich mengen en eindigen door zich te gedragen alsof het een holle buis is waarin stroom wordt gestuurd. Het verschil is dat deze "fragmentatie" uiteindelijk een regelmatiger stroomlaag oplevert. Hoe dan ook, het resultaat is een implosie van deze plasma laag in de richting van de as met een "inertiaal compressie".
Aanvankelijk wilde Yonas deze systemen gebruiken als röntgenbronnen. Het lijkt duidelijk (ik zal de artikelen later analyseren) dat het doel van deze experimenten eerst militair was. Ze wilden een röntgenbron van voldoende kracht om een doel (geplaatst, veronderstel ik, op de centrale as) te laten fuseren, dus om het functioneren van een bom te simuleren zonder een atoombom als bron te gebruiken.
Het lijkt erop dat Yonas tussen het doel (geplaatst op de as) en het gordijn van draden dat in plasma verandert, die fungeert als compressor, een "schuim" (foam) heeft geplaatst. De stabiliteit van dit compressiesysteem was a priori onwaarneembaar. We weten dat in laserfusie dit het kernprobleem is. We weten niet hoe we een symmetrische sferische compressie kunnen bereiken. Daarom is Mégajoule, gevestigd in Barp, bij Bordeaux, een andere soort ITER, een ander project dat zowel duur als zeer gevaarlijk is. Een ander "speelgoed" voor militairen en polytechnici.
Yonas comprimeert op een as. En daar, verrassing, zijn de temperatuurstijgingen spectaculair, onverwacht, zelfs. Hieronder de krachten uitgezonden door het systeem, als röntgenbron.
Op weg naar fusie?
De onderzoekers van Sandia blijven de kracht van hun machine in de vorm van röntgenstralen verhogen.
Een belangrijke vooruitgang is gemaakt door het gebruik van een opstelling van draden die op een cilindrische oppervlakte zijn geplaatst.
Wanneer de ontlading plaatsvindt, verandert dit systeem in plasma in implosie.
Dit systeem heeft het mogelijk gemaakt om een verhoogde kracht in de uitgang te verkrijgen (tot 290 TW).
Dit is de machine in actie. De kleine afbeeldingen tonen niet goed wat er gebeurt.
De Z-machine: het is begonnen!
Wat je ziet zijn elektrische bogen die in alle richtingen gaan. Yonas is de Nicolas Tesla van onze tijd.
Enkele snelle aantekeningen over wat het lijkt te zijn het werkingprincipe van deze Z-machine. Laten we eerst het principe van de "theta-pinch" tonen.
Een krachtige stroom wordt parallel aan de generatoren van de cilinder (gasvormig) gestuurd. Het gegenereerde magnetische veld wordt vergezeld door krachten van Laplace die de plasma-cilinder naar de as willen dichten. Het systeem is onstabiel. Als het ergens knelt, stijgt de stroomdichtheid en de krachten JxB ook.
Principe van de Z-machine
:
Neem twee draden doorstroomd door parallele stromen. Ze trekken elkaar aan. Hetzelfde geldt voor een systeem van "draden in een kooi". In de oorspronkelijke proef probeerde Yonas de instorting van deze draden te verkrijgen, die zich veranderen in een "plasma gordijn", langs de as van het systeem. Enkele snelle berekeningen met een kooi van honderd draden en 20 miljoen ampères in totaal. Het initiële veld zou 2 tesla zijn. Wanneer de draad zich verandert in een plasma gordijn, kunnen we de stroomdichtheid schatten op 3 10
12
ampères per vierkante meter. Ik moet het bevestiging vragen bij Yonas. Het is ruw en indicatief. De druk is 60 megabars, centripetaal, die dit plasma naar de as zou moeten sturen met 5 km/s. Zoals het is, maakt dit metaal plasma een temperatuurstijging en ik denk dat het een oplossing is die Yonas bedacht om een röntgenstraling te produceren.
Door ruw het volume van de plasma-cilinder voor de implosie te evalueren en te concluderen dat het zich volgens de as in een object van de dikte van een potloodpunt (2 mm) verkleint, krijgen we indrukwekkende compressiefactoren. Onthoud dat in laserfusie wordt gezocht naar de compressie van een vloeibare zware waterstofdoel, en het doel is om de straal met een factor 10 te verkleinen. Dat zou voldoende zijn om de Lawson-voorwaarden in de doel te verkrijgen. Het comprimeren van een vloeistof veroorzaakt een grote temperatuurstijging. Met mijn ruwe berekeningen (chickzalés, zoals X zouden zeggen) vind ik een compressiefactor van ongeveer 40. Dus als het materiaal een fusiemengsel was, zou het kunnen kloppen.
Let op, de zorgen van Yonas zijn niet civiel. Het zijn militaire onderzoeken. Stel je voor dat in plaats van stroom door tungsten (hoge smelttemperatuur, om het vaste geval zo lang mogelijk te houden en de symmetrie te behouden) je plutonium gebruikt. Door het te comprimeren langs de as: boom.....
Maar in een tweede fase kiest hij waarschijnlijk voor een complexere proef. Tungsten, staal, zijn geen fusiemengsels. Yonas gebruikt dus een drie-componentenopstelling, blijkbaar.
De Z-machine voor fusie
Het zijn doorsneden. In 1 de kooi gemaakt van draden. In het midden, langs de as, een doel van een fusiemengsel. Tussen de twee een "foam", van onbekende samenstelling. Wanneer de saus wordt gestuurd, creëert de metalen draadcilinder (die zich verandert in plasma) een compressieimpuls. Aan mijn mening zou dit een cilindrische schokgolf, centripetaal, die zich door deze "foam", deze "schuim", ook verandert in plasma, veroorzaken. De golf neemt een deel van de energie mee. Het reist door een gebied waar het magnetische veld nul is.
Dus mogelijke afwezigheid van instabiliteiten.
Er is veel om na te denken over wat deze beroemde "schuim" zou kunnen bestaan uit.
De bereikte temperaturen zijn zo hoog dat er zeer belangrijke radiatieve processen plaatsvinden. Dan moet je spelen met de lengte van de herabsorptie van dit straling. Yonas zegt dat hij het probeerde met argon en dat de temperatuurstijging niet plaatsvond. Waarschijnlijk omdat argon te veel opwarmt. In deze compressieproef moet je de dichtheid en de snelheid bij de impact op de as waar de doel zich bevindt verhogen, en het opwarmen zo ver mogelijk uitstellen, zodat het opwarmen alleen plaatsvindt bij maximale compressie, op de "stagnatie lijn".
Het nieuwe idee is dat een asymmetrische implosie stabiel lijkt, of in ieder geval veel stabielder dan een sferische. Bij laserfusie is het probleem dat de laserimpulsen perfect synchroon moeten zijn op de "pusher", de laag die de vloeibare zware waterstofdoel omringt. Dit is gelijk aan het schieten van 25 revolverkogels (of meer) op een bal, verwachtend dat ze allemaal dezelfde drukimpuls geven.
Yonas zorgt er voor dat hij de meest asymentrische drukimpuls mogelijk heeft door zijn draadopstelling als een kooi. Hij gebruikte aanvankelijk tungsten om zijn draden zo lang mogelijk te laten duren, waardoor de asymentrie werd opgelegd. Later ging hij over naar gewone ongelegeerde stalen draden. De regelmatigheid van de compressie golf heeft een spectaculaire temperatuurstijging tot twee miljard graden veroorzaakt!
Voor fusie is het probleem niet de hoeveelheid energie,
maar de focalisatie
. Het idee is diametraal tegenover het centrale thema van ITER waar ze
continu werken in een groot volume, met alle technologische problemen die dat met zich meebrengt
. Ik ben voor dit idee van impulsfusie met energiefocalisatie door schokgolven. En ik zeg ook dat de bereikte temperaturen kunnen leiden tot onvervuilende fusie, zonder neutronenemissie, zoals Li - H of B - H (500 miljoen graden of een miljard graden).
Als je zulke temperaturen noemt aan een persoon van ITER springt hij in het plafond. De machine kan dat niet bereiken.
We hebben gezien dat
de energiefocalisatie door schokgolven
het smelten van brons in koud water mogelijk maakt (kavitasiefenomeen, ontdekt in 1905), en het creëren van plasmas van 10.000 ° door ultrasonen (sonoluminescentie).
Dit zijn
uitwijkvelden
, in tegenstelling tot deze zware velden zoals de Tokamak (ITER) die tientallen jaren technologische problemen (verleden en ... toekomst) met hoge kosten meedragen. Ik ben van mening dat er een manier is om fusie te bereiken met relatief lichte middelen. Ik uitsluit niet dat Yonas mogelijk hogere temperaturen bereikt dan zijn twee miljard graden (...) omdat de eindprestatie niet op de hoeveelheid energie is gebaseerd, maar op de efficiëntie van de focalisatie (type schuim, geometrie).
Op een tijd waarop de fysica in Frankrijk in vrije val is, zie ik hier een berg van thesisonderwerpen en relatief goedkope experimenten, interessante numerieke simulaties. Maar in Frankrijk is alles op de Tokamak ingezet en het is niet de bedoeling ... om het paard in het midden van de rivier te veranderen. Mensen zouden niet bereid zijn om te zeggen:
- Nou, we hebben ons tijd en veel geld verspild gedurende een halve eeuw
Wie zou zoiets kunnen zeggen? Dat verklaart de vasthoudendheid op dit soort machine en fusie-richting.
Vanaf 7 april 2003 had de machine van Yonas al haar eerste echte fusieneutronen geproduceerd. Maar onlangs is nog een ander niveau bereikt.
De Z-machine heeft twee miljard graden geproduceerd
Dit betekent dat de fusie van Bore 11 - Waterstof 1 haalbaar is. Het is een schoon fusieproces, zonder radioactiviteit (! ...), dat geen neutronen uitzendt, de omringende structuren niet radioactief maakt, en alleen gewone heliumkernen uitzendt, elektrisch geladen. Niet alleen kunnen deze worden magnetisch geconfindeerd, maar door het magnetische veld te comprimeren, verandert het geheel in een MHD-generator. Op de lange termijn zou je een "twee-tijdstap-fusie" krijgen (dat ik al had beschreven in mijn Science et Vie artikel van 1976). Deze twee miljard graden,
geen Tokamak kan ooit bereiken
.
De conclusie is dat het project ITER onmiddellijk op staande voet moet worden gestopt.
Het lijkt erop dat er een andere richting is, die kan leiden naar "schoon fusie". Deze werkzaamheden moeten in detail worden geanalyseerd. A priori kan de Z-machine van Yonas het fuseren van een mengsel met productie van alpha-deeltjes, heliumkernen, mogelijk maken. Deze zouden een uitdijend plasma vormen. Als deze uitdijing plaatsvindt in een magnetisch veld, zoals het systeem in een hoog Reynoldsgetal magnetisch veld is (sterk verband tussen magnetische veldlijnen en geïoniseerde medium), ontstaat er een sterke geïnduceerde stroom in de solenoïden. De machine verandert dan in een impulsieve MHD-generator. Een deel van deze energie kan gebruikt worden om een condensator op te laden, klaar voor de volgende ontlading. Hiermee ontstaat het concept van een "twee-tijdstap-fusie".
Alles moet in detail worden bekeken, maar het lijkt a priori zeer interessant. In ieder geval zijn deze onderzoeken oneindig goedkoper en minder ingewikkeld dan deze echte "kookfles" die het project ITER is.