ITER atomfusionsanlæg er halvvejs færdigt

Det spredte landskab af konstruktionskraner og delvist færdige bygninger, sammen med en massiv metal-og-stålring, blev beskrevet som lignede en "moderne Stonehenge" af The New York Times i marts 2017. Det er et årti siden byggeriet begyndte på det internationale termonukleære eksperimentelle reaktoranlæg, kendt som ITER. Projektet, som involverer 35 nationer, herunder USA, sigter mod at demonstrere, at atomfusion - kombinationen af ​​hydrogenisotoper til dannelse af helium, den samme proces, hvor stjernerne genererer lys og varme-kunne være en levedygtig fremtidig energikilde for en energisulten verden.

Projektet er blevet udsat for forsinkelser og oplevet, at de forventede omkostninger næsten er firedoblet i årenes løb til 18 milliarder euro (22 milliarder dollar), og endda en rapport fra det amerikanske energiministerium fra 2016, der understøtter projektet, udtrykte usikkerhed om, hvorvidt det i sidste ende vil blive en succes. I begyndelsen af ​​december 2017, ITER -embedsmænd meddelte, at de havde nået en vigtig milepæl, ved at fuldføre 50 procent af det samlede anlægsarbejde, der er nødvendigt for at nå "First Plasma". Denne indledende fase af operationen, hvor brint bliver til en varm, elektrisk ladet gas, i øjeblikket er planlagt til at finde sted i 2025. (Det vil tage endnu et årti med arbejde efter det for ITER at generere energi.)

"Når vi beviser, at fusion er en levedygtig energikilde, det vil i sidste ende erstatte afbrænding af fossile brændstoffer, som ikke kan fornyes og ikke er bæredygtige, "Bernard Bigot, ITER's generaldirektør, forklaret i en erklæring på projektets hjemmeside. "Fusion vil komplementere med vind, solceller, og andre vedvarende energier. ... Ved at demonstrere muligheden for fusion som en ren, sikker, og næsten ubegrænset energikilde, vi kan efterlade en stærk arv til fremtidige generationer. "

I en e -mail, Professor ved Columbia University Gerald A. Navratil, en førende fusionsenergiforsker, hvis arbejde påvirkede ITERs design, beskriver konstruktionens milepæl som en "væsentlig begivenhed i udviklingen af ​​praktisk fusionsenergi."

ITER vil indeholde verdens største tokamak, en magnetisk enhed, der først blev udviklet af sovjetiske forskere i slutningen af ​​1960'erne, som hovedsageligt simulerer den intense varme og tryk inde i en stjernes indre ovn. Ifølge en forklaring på ITER's websted, enheden bruger en kraftig elektrisk strøm til at nedbryde hydrogengas, fjerner elektroner fra kernerne for at danne plasma - en varm, elektrisk ladet gas. Når plasmapartiklerne får energi og kolliderer, de varmer op, til sidst en temperatur mellem 100 og 300 millioner grader Celsius (ca. 180 millioner til 360 millioner grader Fahrenheit). På det tidspunkt, brintkernerne er så energiske, at de kan overvinde deres naturlige tendens til at frastøde hinanden, så de kan smelte sammen til dannelse af helium. I processen, de frigiver enorme mængder energi.

Som denne artikel fra World Nuclear Association beskriver, eksperimentelle tokamaks har genereret energi i årtier. Men indtil videre, de har krævet mere energi for at fungere, end fusionen genererer. Men ITER håber at overvinde denne begrænsning, delvis, med ren størrelse. I artiklen om projektet i marts 2017 om projektet beskrives tokamak som 30,5 meter høj og strækker sig yderligere 100 fod i diameter, og en beskrivelse på ITER -webstedet siger, at den vil veje mere end 25, 000 pund (23 tons), med et volumen på 30, 000 kubikfod (840 kubikmeter). Det er 10 gange kapaciteten på enhver tidligere enhed.

Større er bestemt bedre

Som ITER -webstedet forklarer, en større enhed med mere volumen skaber mere potentiale for fusionsreaktioner, øge energiproduktionen og gøre enheden mere effektiv. Hvis det fungerer som planlagt, når det er fuldt operationelt i 2035, ITER vil bruge 50 megawatt strømindgang til at generere 500 megawatt fusionsenergi, i form af varme. Selvom ITER ikke vil bruge den energi til at generere elektricitet, det er beregnet til at bane vejen for fremtidige generationer af fusionskraftværker, der ville.

"Designet af ITER -eksperimentet er baseret på en konservativ ekstrapolation af fusionsydelsen fra vores eksisterende fusionsenheder, "Navratil skriver i sin e -mail." Der er tillid til, at størrelsen og magnetfeltstyrken på ITER vil gøre det muligt for os at nå sit mål om at producere 500 megawatt fusionskraft med 50 megawatt strømindgang i plasmaet. Da ITER er et eksperiment, der for første gang producerer et selvopvarmet plasma med stærkt fusion, vi vil bruge disse resultater til at bekræfte vores forståelse af den brændende plasmatilstand, og kunne opdage nogle vigtige nye plasmafysikfænomener. De oplysninger, vi indhenter fra ITER, vil danne grundlag for sikkert at designe kernen i det næste trin i fusionsenergiudvikling, som ville sigte på at producere nettostrøm og sætte scenen for kommerciel implementering af fusionsenergisystemer. "

Fordele i forhold til atomkraft

Ifølge en ITER -pressemeddelelse, fusionskraftværker i sidste ende ville være sammenlignelige i omkostninger med konventionelle atomkraftværker. Men i modsætning til kraftværker, fusionsanlæg ville ikke producere radioaktivt affald, sammen med det dyre problem med, hvad man skal gøre med det. Fusion ville også have en stor fordel i forhold til fossile brændstoffer, ved at den ikke ville pumpe enorme mængder kuldioxid og anden forurening ud i atmosfæren og bidrage til klimaændringer.

Og som Navratil bemærker, fusion kan også have nogle fordele i forhold til vedvarende energikilder med lavt kulstofindhold.

"Hvis det lykkes, fusionskraftværker baseret på fusionsplasmaydelsen i ITER ville give en kulstoffri kilde til kontinuerlig elektrisk energiudgang uden ulemperne ved vind- og solenergisystemer, som kun producerer elektricitet i en del af dagen og har brug for energilagring eller backup-elsystemer for at understøtte et stabilt elektrisk elnet, "Forklarer Navratil." I betragtning af de mange billioner dollars involveret i vores energisysteminfrastruktur, tilgængeligheden af ​​en sådan fusionskilde senere i dette århundrede vil være en meget vigtig tilføjelse til vores kilder til kulstoffri elektrisk strøm. "

Ifølge ITER, en mængde hydrogen i ananasstørrelse har potentiale til at generere så meget energi gennem fusion som 10, 000 tons (22, 040 pund) kul.