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EIN tokamak ist ein toroidförmig Gerät, in dem a Plasma kann werden gemeistert mit starkem magnetisch Felder. Tokamaks sind es gewohnt Kernfusion mit dem Endziel einer wirtschaftlich tragfähigen Energiequelle (Kernfusion ist machbar, wirtschaftlich noch nicht tragfähig). Der Name токамак ist eine Kontraktion von Russisch Wörter тороидальная камера в магнитных катушках (zuroidalnaja kamera w magnitnych katushkach), ins Niederländische übersetzt: toroidale Kammer in Magnetspulen. Das Gerät ist in 1950 entworfen von Igor Tamm und Andrei Sacharow. Der Tokamak ist derzeit die fortschrittlichste Technologie auf dem Weg zu einer kostengünstigen Kernfusion.
Kernfusion
Der Unterschied zwischen Kernreaktionen und chemische Reaktionen ist das bei chemischen reaktionen? Elektronen beteiligt sind, während an Kernreaktionen die Protonen und Neutronen des Atomkern beteiligt. Wie bei chemischen Reaktionen auch bei Kernreaktionen Energie zurückgezogen oder ausgegeben werden. Um bei Fusionsreaktionen Energie freizusetzen, müssen kleinere, weniger stabile Kerne zusammengeführt werden, um einen stabileren Kern zu erhalten. Die Energie entsteht durch die Differenz in Bindungsenergie des Kerns nach der Fusion und der Kerne vor der Fusion. Es werden keine Partikel erzeugt oder zerstört. Die Bindungsenergie der Teilchen vor der Fusion ist größer als die der Teilchen nach der Fusion. Es ist dieser Unterschied, der während der Fusion durch die berühmte Formel von . freigesetzt wird Einstein: in welchem ich ist der Massenunterschied zwischen den Partikeln vor und nach der Reaktion und c das Lichtgeschwindigkeit. Das bedeutet, dass innere Energie, messbar als Masse, in äußere Energie umgewandelt wird.
Plasmaeinschluss
Ein Problem mit Kernfusion ist das extrem hoch Temperatur (ca. 10 Millionen k) dafür benötigt. Der Kraftstoff hat diese Temperatur im Plasmazustand. Kein Material hält einer solchen Temperatur stand und ein einfaches Reaktionsgefäß ist daher ungeeignet. In einem natürlichen Fusionsreaktor – einem Stern – wird es heiß Plasma von der Schwerkraft zusammengehalten, aber dafür muss ein Stern sehr groß sein. Mit einem künstlichen Fusionsreaktor das heiße Plasma wird durch ein starkes Magnetfeld gehalten. Durch die Magnetfeld das Plasma kommt nicht mit der Reaktorwand in Kontakt, was zwei Probleme löst:
- Das Plasma wird durch die viel kältere Wand nicht gekühlt.
- Die Wand wird durch das heiße Plasma nicht beschädigt.
Ein wichtiger Teil des Magnetfeldes entsteht durch a elektrischer Strom im Plasma (dem Plasmastrom), der durch die Verwendung des Plasmas als Sekundärspule von a . erzeugt wird Transformator. Da ein Transformator von Natur aus ein Wechselstromgerät ist (bei dem der Strom periodisch auf 0 gehen muss), kann der Plasmastrom auf diese Weise nur für eine begrenzte Zeit aufrechterhalten werden. Um zu verhindern, dass ein Kernfusionskraftwerk mit Tokamak nur mit kurzen Pulsen arbeitet, wird intensiv an anderen Wegen geforscht, den Strom am Fließen zu halten. Eine erfolgreiche Methode ist das Umschalten der Stromversorgung nach dem Start mit dem Transformator, gewartet werden von Mikrowellen auszustrahlen.
Ein anderer Teil des Magnetfelds wird in einigen Tokamaks durch supraleitend Elektromagnete, die nur bei sehr niedriger Temperatur arbeiten. In einem solchen Tokamak liegen die kältesten und die heißesten Orte der Erde direkt nebeneinander.
Vorteile und Nachteile
Die Vorteile solcher Kraftwerke liegen darin, dass wenig radioaktiver Abfall anfällt und dass immer nur eine geringe Menge nuklearen Reagenz im Reaktor vorhanden ist. Nachteilig ist, dass selbst die kleinste Anlage, bei der ein rentabler Betrieb möglich wäre, recht groß ist. Kernfusion wurde in aktuellen Experimenten realisiert, aber im besten Fall braucht es etwas mehr Energie, um die Reaktion am Laufen zu halten, als sie produziert. Eine Vergrößerung der Maschine kann dieses Problem lösen. Ob die Kernfusion jemals wirtschaftlich wird, hängt neben technischen Faktoren unter anderem von den Preisen anderer Energieträger ab.
Tokama-Setups in der Welt
Mehrere Forschungseinrichtungen weltweit verfügen über einen Tokamak. Im 1996 ist im Tokamak-60 der of japanischForschungseinrichtung für Naka-Fusion im naka eine Temperatur von 520 Millionen Kelvin erreicht. Das ist die höchste Temperatur, die jemals von Menschen erzeugt wurde.
Im Princeton, USA es gibt auch einen bekannten Testaufbau, den TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor) und in culham, Vereinigtes Königreich Zustand JET, (Joint European Torus), das europäische Flaggschiff dieser Art von Forschung und der größte Tokamak der Welt. Im Sommer 2005 fiel die Entscheidung, das internationale Großprojekt zu starten ITER in Südfrankreich gebaut werden (Kadarache). ITER soll die Möglichkeit einer energetisch rentablen Kernfusion bis Ende 2025 aufzeigen, indem es zehnmal mehr Energie produziert als die energetische Sollbruchstelle (Q=10). Danach der Bau des noch größeren DEMO-tokamak plante, Strom mit Q=30-50 zu liefern.
Bis 1998 war es auf der FOM Institut für Plasmaphysik Rijnhuizen im Nieuwegein (Niederlande) betreibt das Tokamak RTP. Die Niederlande Noch Belgien haben seit der Schließung von RTP ein Tokamake-Experiment. Beide Länder haben jedoch zusammen mit der deutschen Region noch Nordrhein-Westfalen Recherchen zum deutschen Tokamak TEXTOR in Jülich, innerhalb des Trilateralen Euregio Clusters (TEC). Im Dezember 2013 wurde es ebenfalls stillgelegt. Sowohl die Niederlande als auch Belgien arbeiten noch an der Forschung und dem Bau von Teilen für die ITERProjekt.