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Tokamaks y la razón por la que todavía no son eficientes

Tengo curiosidad por saber por qué los tokamaks son ineficientes como generadores. En términos laymans, ¿cuál es la principal razón (s) tokamaks todavía no se puede utilizar como generadores?

Mi comprensión limitada de tokamaks me dice que el campo magnético requerido para mantener el plasma en su lugar y en movimiento requiere una gran cantidad de energía, mucho más que el tokamak mismo puede producir. ¿Hay otras maneras de crear campos magnéticos fuertes para contener el plasma?

¿Y cuán pequeño podría ser un tokamak?

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Fernando Briano Puntos 3704

Así, un gran número de países, después de las vacaciones, incluso ( de hecho el 60% de la de salida a través de la energía de entrada) en la energía del prototipo tokamak en JET se unieron en la creación de ITER, un prototipo Tokamak diseñado para tener una salida de energía en megawats.

Si está interesado, usted debe ir a las preguntas más frecuentes del enlace para el ITER .

Existen proyectos alternos:

De la "confinamiento magnético conceptos" para la fusión (principalmente los tokamaks y stellarators) la principal ventaja de ITER y de su tokamak de la tecnología es que, por el momento, el concepto tokamak es por lejos la más avanzada hacia la producción de energía de fusión. Es, por tanto, el pragmatismo que dictó la elección del concepto tokamak ITER. Stellarators son inherentemente más complejo que los tokamaks (por ejemplo, diseños optimizados no eran posibles antes de la llegada de los superordenadores), pero que puede tener ventajas en la fiabilidad de la operación. El W7-X Stellarator, actualmente en construcción en Greifswald, Alemania, va a permitir una buena comparación con el rendimiento de comparables los tokamaks. Estos resultados serán incorporados en la toma de decisiones acerca de cómo DEMO, la próxima generación del dispositivo de fusión después de ITER, se verá.

La "fusión inercial conceptos" son algo muy diferente. Estas tecnologías han sido principalmente desarrollado para simular explosiones nucleares y no fueron originalmente planeada para producir energía de fusión. La fusión inercial concepto no ha demostrado hasta el momento que se ofrece un mejor o ruta de acceso más corta que la de confinamiento magnético de la producción de energía. En Europa, el Marco de Euratom Programas de no financiar la investigación sobre la fusión inercial, pero el programa mantiene una "viendo breve" sobre la evolución.

La eficiencia en los tokamaks se eleva con las dimensiones, y es por eso que el ITER es mucho más grande que la de JET.

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mucio Puntos 111

La motivación para la búsqueda de la fusión está claro, pero en la actualidad existen varias principal de la física y la ingeniería retos:

  • Tiempo de confinamiento: en funcionamiento Un reactor requiere un largo tiempo de confinamiento de la energía, $\tau_E$. Un empírica de la ley de escala de tiempo de confinamiento se ha encontrado a depender del tamaño de la tokamak como $\tau_E \propto R^{2.04} a^{1.04}$ donde $R$ es el radio mayor y $a$ es el radio menor de la tokamak. Por lo tanto, cuanto más grande mejor para el tiempo de confinamiento. Podemos crear suficientemente largos tiempos de confinamiento para la producción de energía?
  • Borde de modos localizados (Olmos): Estos son cuasi-periódicas interrupciones debido a la auto-organización de la plasmática. Liberan grandes cargas de calor en la vasija de contención, sino también disminuir la acumulación de impurezas en el plasma. Podemos controlar el OLMO de producción?
  • Plasma frente a la componente de supervivencia: Hay un riesgo de que el reactor se derrita o se erosionan con el prolongado tiempo de ejecución. Podemos diseñar material que sobrevive prolongado bombardeo de neutrones y la exposición de plasma confinado?
  • El tritio de cría: el Tritio es uno de los ingredientes para la fusión de combustible de la primera generación de reactores. Con una vida media de 12 años que no sobreviven por mucho tiempo en la naturaleza y debe ser recién producido en el laboratorio. Podemos reproducir el Tritio a partir de la fusión de neutrones y de Litio in situ? La segunda generación de reactores va a quemar solo Deuterio, mucho más abundante de isótopos de Hidrógeno de Tritio.
  • Control de retroalimentación: El de los Hermanos Wright fueron los primeros en volar un avión de ala fija, en parte debido a que introdujo una nueva forma de controlar su avión. Podemos diseñar inteligente de control de herramientas y algoritmos que reprimir y control de las inestabilidades del plasma, permitiendo estable "vuelo" de los reactores?
  • Costo: Podemos construir un reactor de fusión que compite económicamente con las renovables y no renovables, plantas de energía (tomando el costo externo de energía no renovable en cuenta, si es necesario)?

Mucho se ha avanzado, pero estos problemas actuales se deben superar antes de tokamaks serán usados como generadores.

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JRT Puntos 97

Para obtener una gran cantidad de energía de un reactor de fusión que necesita un montón de fusión D-T eventos por segundo, y esto significa una combinación de un nivel razonablemente alto de la densidad y de muy alta temperatura. Este es extraordinariamente difícil de lograr. En particular, como tratar de aumentar la densidad del plasma se vuelve cada vez más difícil mantener el plasma en un estado estable.

Se han realizado estudios del uso de otras geometrías de los campos magnéticos, y estos pueden ser más fáciles de usar. Consulte este artículo para obtener más detalles o Google para muchos artículos similares. Sin embargo, los primeros días y que yo sepa nadie ha utilizado este tipo de geometría en un reactor de fusión.

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