Fusion Power: Stromerzeugung durch Nutzung von Wärme aus Kernfusionsreaktionen

Von Fouad Sabry

Was ist Fusionsenergie?

Fusionsenergie ist eine Art der Stromerzeugung, die in den letzten Jahren vorgeschlagen wurde und bei der Strom durch Nutzung der durch Kernfusionsprozesse erzeugten Wärme erzeugt wird. Bei der Kernfusion vereinigen sich zwei leichtere Atomkerne zu einem schwereren Atomkern, wodurch ebenfalls Energie freigesetzt wird. Fusionsreaktoren sind Maschinen, die gebaut werden, um Energie aus Fusionsreaktionen zu extrahieren.

Wie Sie davon profitieren

(I) Einblicke und Validierungen zu Folgendem Themen:

Kapitel 1: Fusionskraft

Kapitel 2: Kernfusion

Kapitel 3: Tokamak

Kapitel 4: Thermonukleare Fusion

Kapitel 5: Fusionsrakete

Kapitel 6: Trägheitsfusion

Kapitel 7: Zeitachse der Kernfusion

Kapitel 8: ITER

Kapitel 9: Tokamak-Fusionstestreaktor

Kapitel 10: Aneutronische Fusion

Kapitel 11: Fusionsenergieverstärkungsfaktor

Kapitel 12: Magnetisch Confinement Fusion

Kapitel 13: DEMOnstrationskraftwerk

Kapitel 14: Trägheitsfusionskraftwerk

Kapitel 15: Magnetisierte Zielfusion

Kapitel 16: Kernfusion-Spaltung-Hybrid

Kapitel 17: Trägheitsfusion mit magnetisiertem Liner

Kapitel 18: Plasmaseitiges Material

Kapitel 19: Laser-Trägheitsfusionsenergie

Kapitel 20: China Fusion Engineering Te st Reaktor

Kapitel 21: Geschichte der Kernfusion

(II) Beantwortung der wichtigsten Fragen der Öffentlichkeit zur Fusionskraft.

(III) Beispiele aus der Praxis für die Nutzung der Fusionsenergie in vielen Bereichen.

(IV) 17 Anhänge zur kurzen Erläuterung von 266 neuen Technologien in jeder Branche, um ein umfassendes 360-Grad-Verständnis der Fusionsenergietechnologien zu erhalten.

An wen richtet sich dieses Buch?

Profis, Studenten und Doktoranden, Enthusiasten, Bastler und diejenigen, die über grundlegendes Wissen oder Informationen hinausgehen möchten, um jede Art von Fusionskraft zu erlangen.

• Sprache: Deutsch
• Herausgeber: Eine Milliarde Sachkundig [German]
• Erscheinungsdatum: 19. Okt. 2022

Buchvorschau

Urheberrecht

Fusion Power Copyright © 2022 von Fouad Sabry. Alle Rechte vorbehalten.

Alle Rechte vorbehalten. Kein Teil dieses Buches darf in irgendeiner Form oder mit elektronischen oder mechanischen Mitteln, einschließlich Informationsspeicher- und -abrufsystemen, ohne schriftliche Genehmigung des Autors reproduziert werden. Die einzige Ausnahme ist ein Rezensent, der kurze Auszüge in einer Rezension zitieren kann.

Cover entworfen von Fouad Sabry.

Dieses Buch ist ein Werk der Fiktion. Namen, Charaktere, Orte und Ereignisse sind entweder Produkte der Phantasie des Autors oder werden fiktiv verwendet. Jede Ähnlichkeit mit realen Personen, lebenden oder toten, Ereignissen oder Schauplätzen ist völlig zufällig.

Bonus

Sie können eine E-Mail an [e-mail] mit dem Betreff Fusion Power: Generating electricity by using heat from nuclear fusion reactions senden und Sie erhalten eine E-Mail mit den ersten Kapiteln dieses Buches.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Vorwort

Warum habe ich dieses Buch geschrieben?

Die Geschichte des Schreibens dieses Buches begann 1989, als ich Schüler der Secondary School of Advanced Students war.

Es ist bemerkenswert wie die STEM-Schulen (Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik), die jetzt in vielen fortgeschrittenen Ländern verfügbar sind.

STEM ist ein Lehrplan, der auf der Idee basiert, Schüler in vier spezifischen Disziplinen - Wissenschaft, Technologie, Ingenieurwesen und Mathematik - in einem interdisziplinären und angewandten Ansatz auszubilden. Dieser Begriff wird typischerweise verwendet, um eine Bildungspolitik oder eine Lehrplanwahl in Schulen anzusprechen. Es hat Auswirkungen auf die Entwicklung der Arbeitskräfte, nationale Sicherheitsbedenken und die Einwanderungspolitik.

Es gab eine wöchentliche Klasse in der Bibliothek, in der jeder Schüler jedes Buch frei wählen und 1 Stunde lang lesen kann. Ziel des Kurses ist es, die Schüler zu ermutigen, andere Fächer als den Lehrplan zu lesen.

In der Bibliothek, während ich mir die Bücher in den Regalen ansah, bemerkte ich riesige Bücher, insgesamt 5.000 Seiten in 5 Teilen. Der Buchname ist The Encyclopedia of Technology, der alles um uns herum beschreibt, vomabsoluten Nullpunkt bis zu Halbleitern, fast jede Technologie wurde damals mit bunten Illustrationen und einfachen Worten erklärt. Ich fing an, die Enzyklopädie zu lesen, und natürlich konnte ich sie nicht in der 1-stündigen wöchentlichen Klasse beenden.

Also überzeugte ich meinen Vater, die Enzyklopädie zu kaufen. Mein Vater kaufte am Anfang meines Lebens alle technischen Werkzeuge für mich, den ersten Computer und die erste Technologie-Enzyklopädie, und beide haben einen großen Einfluss auf mich und meine Karriere.

Ich habe die gesamte Enzyklopädie in den Sommerferien dieses Jahres fertiggestellt, und dann begann ich zu sehen, wie das Universum funktioniert und wie man dieses Wissen auf alltägliche Probleme anwendet.

Meine Leidenschaft für die Technologie begann vor mehr als 30 Jahren und immer noch geht die Reise weiter.

Dieses Buch ist Teil von The Encyclopedia of Emerging Technologies, was mein Versuch ist, den Lesern die gleiche erstaunliche Erfahrung zu geben, die ich in der High School hatte, aber anstelle von Technologien des 20. Jahrhunderts  interessiere ich mich mehr für die aufkommenden Technologien, Anwendungen und Branchenlösungen des 21. Jahrhunderts.

The Encyclopedia of Emerging Technologies wird aus 365 Büchern bestehen, jedes Buch wird sich auf eine einzelne aufkommende Technologie konzentrieren. Sie können die Liste der neuen Technologien und ihre Kategorisierung nach Branchen im Teil von Coming Soon am Ende des Buches lesen.

365 Bücher, um den Lesern die Möglichkeit zu geben, ihr Wissen über eine einzige aufstrebende Technologie jeden Tag im Laufe eines Jahres zu erweitern.

Einleitung

Wie habe ich dieses Buch geschrieben?

In jedem Buch von The Encyclopedia of Emerging Technologies versuche ich, sofortige, rohe Sucheinblicke direkt aus den Köpfen der Menschen zu erhalten und ihre Fragen über die aufkommende Technologie zu beantworten.

Es gibt jeden Tag 3 Milliarden Google-Suchanfragen, von denen 20% noch nie zuvor gesehen wurden. Sie sind wie ein direkter Draht zu den Gedanken der Menschen.

Manchmal ist das Wie entferne ich Papierstaus. In anderen Fällen sind es die schmerzhaften Ängste und geheimen Sehnsüchte, die sie immer nur mit Google teilen würden.

In meinem Bestreben, eine unerschlossene Goldgrube an Content-Ideen über Fusion Power zu entdecken, benutze ich viele Tools, um Autocomplete-Daten von Suchmaschinen wie Google zu hören, und kurbele dann schnell jede nützliche Phrase und Frage heraus, die die Leute um das Schlüsselwort Fusion Power stellen.

Es ist eine Goldgrube an Menscheneinblicken, die ich nutzen kann, um frische, äußerst nützliche Inhalte, Produkte und Dienstleistungen zu erstellen. Die freundlichen Menschen, wie Sie, wollen es wirklich.

Personensuchen sind der wichtigste Datensatz, der jemals über die menschliche Psyche gesammelt wurde. Daher ist dieses Buch ein Live-Produkt und wird ständig durch immer mehr Antworten auf neue Fragen zu Fusion Power aktualisiert, die von Menschen gestellt werden, genau wie Sie und ich, die sich über diese neue aufkommende Technologie wundern und mehr darüber erfahren möchten.

Der Ansatz für das Schreiben dieses Buches besteht darin, ein tieferes Verständnis dafür zu erlangen, wie Menschen rund um Fusion Power suchen, Fragen und Fragen zu enthüllen, die ich nicht unbedingt aus dem Kopf heraus denken würde, und diese Fragen in super einfachen und verdaulichen Worten zu beantworten und das Buch auf einfache Weise zu navigieren.

Wenn es darum geht, dieses Buch zu schreiben, habe ich darauf geachtet, dass es so optimiert und zielgerichtet wie möglich ist. Dieser Buchzweck ist es, den Menschen zu helfen, ihr Wissen über Fusion Power besser zu verstehen und zu erweitern. Ich versuche, die Fragen der Menschen so genau wie möglich zu beantworten und viel mehr zu zeigen.

Es ist eine fantastische und schöne Möglichkeit, Fragen und Probleme der Menschen zu erforschen und sie direkt zu beantworten und dem Inhalt des Buches Einsicht, Bestätigung und Kreativität hinzuzufügen - sogar Pitches und Vorschläge. Das Buch deckt reiche, weniger überfüllte und manchmal überraschende Forschungsbereiche auf, die ich sonst nicht erreichen würde. Es besteht kein Zweifel, dass erwartet wird, dass es das Wissen der potenziellen Leser erweitert, nachdem das Buch mit diesem Ansatz gelesen wurde.

Ich habe einen einzigartigen Ansatz angewendet, um den Inhalt dieses Buches immer frisch zu machen. Dieser Ansatz hängt davon ab, den Köpfen der Menschen zuzuhören, indem die Suchwerkzeuge verwendet werden. Dieser Ansatz hat mir geholfen:

Treffen Sie die Leser genau dort, wo sie sind, damit ich relevante Inhalte erstellen kann, die einen Nerv treffen und mehr Verständnis für das Thema schaffen.

Bleiben Sie am Puls der Zeit, damit ich Updates erhalten kann, wenn die Leute auf neue Weise über diese aufkommende Technologie sprechen, und Trends im Laufe der Zeit überwachen kann.

Entdecken Sie verborgene Schätze von Fragen, die Antworten auf die aufkommende Technologie benötigen, um unerwartete Einblicke und versteckte Nischen zu entdecken, die die Relevanz des Inhalts erhöhen und ihm einen entscheidenden Vorteil verschaffen.

Der Baustein für das Schreiben dieses Buches umfasst Folgendes:

(1) Ich habe aufgehört, die Zeit mit Bauchgefühl und Vermutungen über die von den Lesern gewünschten Inhalte zu verschwenden, den Buchinhalt mit dem gefüllt, was die Leute brauchen, und mich von den endlosen Inhaltsideen verabschiedet, die auf Spekulationen basieren.

(2) Ich habe solide Entscheidungen getroffen und bin weniger Risiken eingegangen, um in der ersten Reihe zu sehen, was die Leute lesen und wissen wollen - in Echtzeit - und Suchdaten zu verwenden, um mutige Entscheidungen darüber zu treffen, welche Themen aufgenommen und welche ausgeschlossen werden sollen.

(3) Ich habe meine Content-Produktion optimiert, um Content-Ideen zu identifizieren, ohne einzelne Meinungen manuell durchsuchen zu müssen, um Tage und sogar Wochen Zeit zu sparen.

Es ist wunderbar, den Menschen zu helfen, ihr Wissen auf einfache Weise zu erweitern, indem sie nur ihre Fragen beantworten.

Ich denke, der Ansatz, dieses Buch zu schreiben, ist einzigartig, da es die wichtigen Fragen sammelt und verfolgt, die von den Lesern in Suchmaschinen gestellt werden.

Bestätigungen

Ein Buch zu schreiben ist schwieriger als ich dachte und lohnender, als ich es mir jemals hätte vorstellen können. Nichts davon wäre ohne die Arbeit renommierter Forscher möglich gewesen, und ich möchte ihre Bemühungen würdigen, das Wissen der Öffentlichkeit über diese neue Technologie zu verbessern.

Widmung

Für die Erleuchteten, diejenigen, die die Dinge anders sehen und wollen, dass die Welt besser wird - sie mögen den Status quo oder den bestehenden Staat nicht. Du kannst ihnen zu sehr widersprechen, und du kannst noch mehr mit ihnen streiten, aber du kannst sie nicht ignorieren, und du darfst sie nicht unterschätzen, weil sie immer Dinge verändern ... Sie treiben die menschliche Rasse voran, und während einige sie als die Verrückten oder Amateure betrachten, sehen andere Genie und Innovatoren, weil diejenigen, die erleuchtet genug sind, um zu denken, dass sie die Welt verändern können, diejenigen sind, die es tun und die Menschen zur Aufklärung führen.

Epigraph

Fusionsenergie ist eine Art der Stromerzeugung, die in den letzten Jahren vorgeschlagen wurde, um Strom zu erzeugen, indem die von Kernfusionsprozessen erzeugte Wärme genutzt wird. Während des Prozesses der Kernfusion vereinigen sich zwei leichtere Atomkerne zu einem schwereren Atomkern, was auch zur Freisetzung von Energie führt. Fusionsreaktoren sind die Maschinen, die gebaut werden, um Energie aus Fusionsreaktionen zu gewinnen.

Inhaltsverzeichnis

Urheberrecht

Bonus

Vorwort

Einleitung

Bestätigungen

Widmung

Epigraph

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 1: Fusionsenergie

Kapitel 2: Kernfusion

Kapitel 3: Tokamak

Kapitel 4: Thermonukleare Fusion

Kapitel 5: Fusionsrakete

Kapitel 6: Trägheitsfusion

Kapitel 7: Zeitleiste der Kernfusion

Kapitel 8: ITER

Kapitel 9: Trägheitselektrostatischer Einschluss

Kapitel 10: Tokamak-Fusionstestreaktor

Kapitel 11: Aneutronische Fusion

Kapitel 12: Fusionsenergiegewinnfaktor

Kapitel 13: Magnetische Einschlussfusion

Kapitel 14: Trägheitsfusionskraftwerk

Kapitel 15: Magnetisierte Zielfusion

Kapitel 16: Kernfusionsspaltungshybrid

Kapitel 17: Magnetisierte Liner-Trägheitsfusion

Kapitel 18: Plasmaseitiges Material

Kapitel 19: Laser-Trägheitsfusionsenergie

Kapitel 20: China Fusion Engineering Test Reactor

Kapitel 21: Geschichte der Kernfusion

Epilog

Über den Autor

Demnächst

Anhänge: Neue Technologien in jeder Branche

Kapitel 1: Fusionsenergie

Fusionsenergie ist eine Art der Stromerzeugung, die in den letzten Jahren vorgeschlagen wurde, um Strom zu erzeugen, indem die von Kernfusionsprozessen erzeugte Wärme genutzt wird. Während des Prozesses der Kernfusion vereinigen sich zwei leichtere Atomkerne zu einem schwereren Atomkern, was auch zur Freisetzung von Energie führt. Fusionsreaktoren heißen die Maschinen, die diese Energie nutzen sollen.

Um ein Plasma zu erzeugen, das der Fusion förderlich ist, benötigen Fusionsverfahren Brennstoff sowie eine geschlossene Umgebung mit der notwendigen Temperatur, dem Druck und der Zeit, in der die Umgebung begrenzt ist. Die Lawson-Kriterien beziehen sich auf die spezifische Kombination dieser Parameter, die zur Schaffung eines Systems zur Stromerzeugung führt. Wasserstoff ist die am weitesten verbreitete Art von Brennstoff in Sternen, und die Schwerkraft ermöglicht außergewöhnlich lange Einschlusszeiten, die notwendig sind, um die Bedingungen für die Erzeugung von Fusionsenergie zu erreichen. Da schwere Wasserstoffisotope wie Deuterium und Tritium (und insbesondere eine Mischung aus beiden) leichter reagieren als Protium, das häufigste Wasserstoffisotop, verwenden vorgeschlagene Fusionsreaktoren typischerweise diese schweren Wasserstoffisotope. Dies ermöglicht es ihnen, die Anforderungen des Lawson-Kriteriums zu erfüllen und gleichzeitig unter weniger strengen Bedingungen zu arbeiten. Die meisten Designs streben danach, ihren Kraftstoff auf eine ungefähre Temperatur von hundert Millionen Grad zu erhitzen, was ein erhebliches Hindernis bei der Entwicklung eines guten Designs darstellt.

Es wird erwartet, dass die Kernfusion zahlreiche Vorteile gegenüber der Kernspaltung haben wird, wenn es darum geht, eine Stromquelle zu sein. Dazu gehören weniger Radioaktivität während des Betriebs der Anlage, geringere Mengen an hochradioaktivem Atommüll, ein höheres Sicherheitsniveau und eine reichliche Versorgung mit Brennstoff. Es hat sich jedoch als schwierig erwiesen, die wesentliche Kombination von Temperatur, Druck und Zeit auf eine Weise zu erreichen, die sowohl praktisch als auch kostengünstig ist. In den 1940er Jahren begann die Erforschung von Fusionsreaktoren; Bis heute war jedoch kein Design in der Lage, eine Fusionsleistung zu erreichen, die größer ist als die elektrische Leistungsaufnahme. Die Verwaltung der Neutronen, die während der gesamten Reaktion erzeugt werden, ist eine zweite Schwierigkeit, die häufige Reaktionen beeinflusst. Diese Neutronen, die verwendet werden, um viele der Komponenten in der Reaktionskammer zu bilden, verschlechtern sich mit der Zeit.

Forscher, die sich für die Fusion interessieren, haben eine Reihe verschiedener Einschlussideen untersucht. Zu Beginn lag der Fokus auf drei primären Systemen: dem Z-Pinch, dem Stellarator und dem magnetischen Spiegel. Der Tokamak und der Trägheitseinschluss (ICF) per Laser sind die beiden Designs, die jetzt an der Spitze stehen. Der Tokamak ITER in Frankreich und der Laser National Ignition Facility (NIF) in den USA sind zwei Beispiele für extrem groß angelegte Forschungsprojekte, die nun beide Konzepte untersuchen. Forscher untersuchen auch verschiedene Designs, um zu sehen, ob sie kostengünstigere finden können. Es gibt ein wachsendes Interesse an magnetischer Zielfusion und trägheitselektrostatischem Einschluss sowie neuartigen Versionen des Stellarators unter diesen Möglichkeiten.

Wenn zwei oder mehr Atomkerne über einen längeren Zeitraum nahe genug beieinander treffen, können Fusionsprozesse stattfinden, da die Kernanziehung, die sie zusammenzieht, stärker ist als die elektrostatische Kraft, die sie wegdrückt. Dies führt zur Bildung schwererer Kerne. Der Prozess ist endotherm, was bedeutet, dass mehr Energie hinzugefügt werden muss, damit er für Kerne auftritt, die schwerer als Eisen-56 sind. Die schweren Kerne, die größer als die von Eisen sind, haben eine viel höhere Anzahl von Protonen, was zu einer stärkeren Abstoßungskraft führt. Wenn sich Kerne mit einer Masse von weniger als Eisen-56 verbinden, tritt ein exothermes Ereignis auf, das zur Freisetzung von Energie führt. Da der Wasserstoffkern nur ein einziges Proton enthält, erfordert die Fusion mit ihm den geringsten Arbeitsaufwand und führt zu der höchsten Nettoenergieproduktion. Wasserstoff ist der einfachste Brennstoff, der vollständig ionisiert werden kann, da er nur ein Elektron in seiner Valenzhülle hat.

Während die abstoßende elektrostatische Kraft zwischen Kernen über größere Entfernungen wirkt, wirkt die starke Kraft nur über sehr kleine Entfernungen (höchstens ein Femtometer, das ist der Durchmesser eines Protons oder Neutrons). Damit es zu einer Fusion kommt, müssen die Brennstoffatome mit einer ausreichenden Menge an kinetischer Energie versorgt werden, damit sie sich nahe genug annähern können, damit die starke Kraft über die elektrostatische Abstoßung, die zwischen ihnen besteht, triumphieren kann. Die Coulomb-Barriere bezieht sich auf die Menge an kinetischer Energie, die vorhanden sein muss, um die Brennstoffatome nahe genug zusammenzubringen. Die Bereitstellung dieser Energie kann auf verschiedene Arten erreicht werden, z. B. durch Beschleunigung von Atomen in einem Teilchenbeschleuniger oder durch die Aussetzung sehr hoher Temperaturen.

Wenn die Temperatur eines Atoms auf ein Niveau angehoben wird, das höher ist als seine Ionisationsenergie, werden seine Elektronen entfernt, so dass nur der Kern zurückbleibt. Ionisation ist der Name, der diesem Prozess gegeben wird, und das Ion ist der Name, der dem Kern gegeben wird, der als Folge erzeugt wird. Plasma ist der Name für das Produkt dieses Prozesses, das eine erhitzte Wolke von Ionen und freien Elektronen ist, die einst mit ihnen verbunden waren. Plasmen sind elektrisch leitfähig und magnetisch abstimmbar aufgrund der Trennung der Ladungen, aus denen das Plasma besteht. Um die Partikel beim Erhitzen einzudämmen, machen sich mehrere Fusionsanlagen diese Eigenschaft zunutze.

Die Querschnittsfläche einer Reaktion, die als σ bezeichnet wird, bestimmt die Wahrscheinlichkeit, dass eine Fusionsreaktion stattfindet.

Dies ist abhängig von den Geschwindigkeiten der beiden Kerne zueinander.

In den meisten Fällen führen höhere Relativgeschwindigkeiten zu einer erhöhten Wahrscheinlichkeit, jedoch beginnt die Chance wieder zu sinken, wenn man zu wirklich hohen Energien kommt.

P_{\text{fusion}}=n_{A}n_{B}\langle \sigma v_{A,B}\rangle E_{\text{fusion}}

wo:

P_{\text{fusion}} ist die Energie, die durch Fusion erzeugt wird, sowohl in Bezug auf Zeit als auch auf Volumen

n stellt die numerische Dichte der Partikel dar, die in dem Volumen vorhanden sind, in Bezug auf die Spezies A oder B.

\langle \sigma v_{A,B}\rangle ist der Querschnitt dieser Reaktion, berechnet als Mittelwert über die Geschwindigkeiten aller beiden Arten v

E_{\text{fusion}} ist die Energie, die durch diese Fusionsreaktion freigesetzt wird.

Die Lawson-Kriterien zeigen, wie sich die von einem bestimmten Kraftstoff erzeugte Energiemenge in Abhängigkeit von Faktoren wie Temperatur, Dichte und der Geschwindigkeit, mit der er kollidiert, ändert. Diese Gleichung spielte eine wichtige Rolle bei John Lawsons Untersuchung, wie die Fusion mit einem erhitzten Plasma erreicht werden kann. Lawson stellte die Hypothese auf, dass es ein Energiegleichgewicht geben würde, wie unten angegeben.

P_\text{out} = \eta_\text{capture}\left(P_\text{fusion} - P_\text{conduction} - P_\text{radiation}\right)

wo:

P_{{\text{out}}} ist die Nettoleistung aus der Fusion

{\displaystyle \eta _{\text{capture}}} ist die Effizienz der Erfassung des Ergebnisses der Fusion

P_{\text{fusion}} ist die Energierate, die durch die Fusionsreaktionen erzeugt wird

{\displaystyle P_{\text{conduction}}} ist der Leitungsverlust, wenn die energetische Masse das Plasma verlässt

{\displaystyle P_{\text{radiation}}} ist die Strahlungsverluste, wenn Energie als Licht austritt.

Wärmeleitung und Strahlung tragen beide zur Erschöpfung der Energie in Plasmawolken bei. Wenn Ionen, Elektronen oder Neutrale mit anderen Substanzen kollidieren - typischerweise einer Oberfläche des Geräts - und einen Teil ihrer kinetischen Energie auf die anderen Atome übertragen, wird dieser Prozess als Leitung bezeichnet. Die Energie, die der Wolke in Form von Licht entweicht, wird Strahlung genannt. Die Temperatur korreliert positiv mit der Strahlung. Diese Verluste müssen Fusionsenergiesysteme überwinden können.

Nach den Lawson-Kriterien muss ein Gerät, das ein thermalisiertes und quasi-neutrales Plasma aufrechterhält, genügend Energie liefern, um die Energiemenge zu kompensieren, die das Gerät verliert. Die Temperatur und folglich die Reaktionsgeschwindigkeit pro Partikel, die Dichte der Partikel innerhalb dieses Volumens und schließlich die Einschlusszeit, d. h. die Zeitspanne, in der Energie innerhalb des Volumens bleibt, spielen alle eine Rolle bei der Bestimmung der Gesamtmenge an Energie, die in einem bestimmten Volumen freigesetzt wird. Die Einschlusszeit war das Hauptanliegen, das nach der Behandlung der anderen Variablen verblieb. Plasmen, die intensiven Magnetfeldern ausgesetzt sind, sind anfällig für eine Vielzahl von intrinsischen Instabilitäten, die unterdrückt werden müssen, um eine praktikable Dauer zu erreichen. Die Leckagerate, die als Folge der klassischen Diffusion auftritt, kann durch Erhöhung der Kapazität des Reaktors verlangsamt werden, was eine Methode zur Erreichung dieses Ziels ist. Das ist der Grund, warum ITER so massiv ist.

Im Gegensatz dazu erreichen Trägheitseinschlusssysteme wünschenswerte dreifache Produktwerte, indem sie höhere Dichten und kürzere Einschlussintervalle aufweisen als andere Arten von Systemen. Die anfängliche gefrorene Wasserstoffbrennstoffladung für den NIF hat eine Dichte, die niedriger ist als die von Wasser, und diese Dichte wird auf etwa das Hundertfache der von Blei erhöht. Unter diesen Umständen ist die Fusionsrate so schnell, dass der Brennstoff in den Mikrosekunden verschmilzt, die die durch die Reaktionen erzeugte Wärme benötigt, um den Brennstoff auseinander zu sprengen. Mit anderen Worten, die Fusionsrate ist schneller als die Geschwindigkeit, mit der der Brennstoff auseinander fliegt. Die NIF ist ebenfalls ziemlich massiv, aber dies ist keine intrinsische Eigenschaft des Fusionsprozesses; Vielmehr liegt es am Design seines Treibers.

Es gab viele verschiedene Ideen, wie man die Energie sammeln kann, die durch die Fusion erzeugt wird. Der erste Schritt besteht darin, die Flüssigkeit einfach zu erhitzen. Die D-T-Reaktion, die weithin gezielt ist, ist für die Freisetzung eines erheblichen Teils ihrer Energie als sich schnell bewegende Neutronen verantwortlich. Das Neutron, das keine elektrische Ladung hat, wird vom Einschlusssystem nicht beeinflusst, da es keine Ladung hat. In den meisten Designs ist es in einer beträchtlichen Decke aus Lithium enthalten, die sich um den Kern des Reaktors wickelt. Wenn ein Neutron mit hoher Energie auf die Decke trifft, erwärmt es sich. Danach erfährt es eine aktive Kühlung mit einem Arbeitsmedium, das wiederum eine Turbine dreht, die Strom erzeugt.

Ein weiterer Vorschlag, bekannt als Spalt-Fusion-Hybrid, wurde vorgelegt, bei dem die Neutronen verwendet werden sollten, um Spaltbrennstoff in einer Decke aus radioaktivem Abfall zu züchten. Dieser Entwurf wurde vorgestellt. In diesen Systemen wird die Stromproduktion aufgrund der Spaltungsereignisse erhöht, und die Energie wird mit Methoden geerntet, die mit denen in herkömmlichen Spaltreaktoren vergleichbar sind.

Ionisiertes Gas ist als Plasma bekannt und kann Elektrizität transportieren. Der Fusionsprozess nutzt mehrere Plasmamerkmale, darunter:

Plasma, das sich spontan organisiert, ist ein guter Leiter elektrischer und magnetischer Kräfte. Seine Bewegungen erzeugen Felder, die ihn wiederum einschränken können.

Diamagnetisches Plasma ist in der Lage, im Inneren ein ganz eigenes Magnetfeld zu erzeugen. Dies kann dazu führen, dass es diamagnetisch ist, indem es ein Magnetfeld abstößt, das von außen angelegt wird.

Magnetspiegel können Plasma reflektieren, wenn es sich von einem Feld mit niedriger zu hoher Dichte bewegt. :24

Es wurde gezeigt, dass ein Tokomak-basierter Reaktor durch ein tiefes Verstärkungslernsystem gesteuert werden kann. Die künstliche Intelligenz war in der Lage, das Plasma zu kontrollieren, indem sie die Magnetspulen manipulierte. Das System nahm kontinuierliche Anpassungen vor, um sicherzustellen, dass es jederzeit das gewünschte Verhalten zeigte (komplexer als stufenbasierte Systeme). Im Jahr 2014 begann die Zusammenarbeit von Google mit dem Fusionsunternehmen TAE Technologies mit Sitz in Kalifornien, um den Joint European Torus (JET) zu verwalten und das Verhalten von Plasma zu antizipieren. Darüber hinaus hat DeepMind ein Steuerungssystem mit JET aufgebaut.

Tokamak ist die Methode, die die größte Finanzierung und die meiste Entwicklung erhalten hat. Mit Hilfe eines internen Stroms dreht diese Technik heißes Plasma innerhalb eines Torus, der von allen Seiten von einem Magnetfeld umgeben ist. ITER wird nach Abschluss der Bauarbeiten der größte Tokamak der Welt werden. Bis September 2018 wurde erwartet, dass insgesamt 226 experimentelle Tokamaks entweder in Planung waren, außer Dienst gestellt wurden oder aktiv liefen (50).

Ein anderer Name für den kugelförmigen Tokamak ist der kugelförmige Torus. Eine kugelförmige Version des Tokamaks, die eine Variante des Designs ist.

Verdrehte Ringe aus geschmolzenem Plasma bilden den Stellarator. Durch den Einsatz externer Magnete versucht der Stellarator, den natürlichen Windungsverlauf des Plasmas zu simulieren. Im Jahr 1950 kam Lyman Spitzer auf die Idee für Stellaratoren, die später zu vier verschiedenen Designs wuchsen: Torsatron, Heliotron, Heliac und Helias. Ein solches Beispiel ist das deutsche Gerät Wendelstein 7-X. Es ist der größte Stellarator auf dem ganzen Planeten.

Interne Ringe Stellaratoren erzeugen ein verdrehtes Plasma, indem sie externe Magnete verwenden, während Tokamaks dies tun, indem sie einen Strom im Plasma selbst induzieren. Diese Wendung wird durch einige verschiedene Arten von Designs bereitgestellt, die Leiter in das Plasma einschließen. Frühe Simulationen deuteten darauf hin, dass Kollisionen zwischen dem Plasma und den Trägern für die Leiter Energie mit einer Rate verbrauchen würden, die größer war als die, mit der Fusionsprozesse sie wieder auffüllen könnten. Ein fester supraleitender Torus, der innerhalb der Reaktorkammer magnetisch schwebt, wird in zeitgenössischen Varianten wie dem Levitated Dipole Experiment (LDX) verwendet.

In den 1960er Jahren entwickelten Wissenschaftler des Lawrence