Het belangrijkste doel van kernfusiereactoren is het opwekken van elektriciteit door de warmte-energie die vrijkomt bij het samensmelten van twee lichte kernen. Laten we de werking van fusiereactoren bestuderen.
- Kernfusiereactoren gebruiken over het algemeen de isotoop van waterstofachtig deuterium of tritium als brandstof.
- Aanvankelijk wordt de fusiebrandstof in een hoogvacuümkamer opgewarmd tot 100 miljoen graden Celsius, die wordt omgezet in plasma.
- De fusiereactie vereist een hoge temperatuur en druk, geleverd door een zeer sterk magnetisch veld of een hoge vacuümpomp.
- Onder invloed van dergelijke druk en temperatuur wordt het plasma opgesloten in de kamer en versmolten met het doelproton om een zwaardere kern te vormen.
- De energie komt vrij tijdens het fusieproces, wordt opgevangen en omgezet in een andere bruikbare vorm van energie.
Deuterium is aanwezig in water, dus ze worden veel gebruikt als fusiebrandstof. Tritium komt van nature niet voor; dus wordt lithium samen met deuterium gebruikt brandstof voor kernfusie. Laten we in dit bericht interessante feiten bespreken over de werking en opwekking van energie uit kernfusiereactoren.
Hoe wekken fusiereactoren elektriciteit op?
De opwekking van elektriciteit uit een kernfusiereactor volgt de principe van energiebesparing. Laten we ons concentreren op het proces van elektriciteitsopwekking door fusiereactoren.
Fusiereactoren wekken op twee manieren elektriciteit op:
- Door middel van stoomturbines – bij deze methode wordt de warmte die vrijkomt bij de fusie opgevangen en omgezet in stoom door het water als koelmiddel te gebruiken. Het wordt door een grote turbine geleid en laat ze draaien, wat de elektriciteitsopwekking aandrijft.
- Directe conversie - de snel bewegende kernen van de fusie dragen elektrische ladingen. Deze ladingen kunnen met behulp van de warmtemotor worden omgezet in elektriciteit.
De efficiëntie van een fusiereactor
De efficiëntie is verantwoordelijk voor de verhouding tussen input en output energie die wordt omgezet in nuttig werk. Laten we eens kijken naar de efficiëntie van een kernfusiereactor.
De fusiereactor produceert enorm veel warmte; het warmterendement is dus 70% en het rendement van een kernfusiereactor om elektriciteit op te wekken is 40%. Een gram fusiebrandstof kan evenveel energie produceren als 10 kg fossiele brandstof kan produceren, dus het is efficiënter in termen van energieopwekking.
Zijn kernfusiereactoren veilig?
Bij kernfusie is een element betrokken waarvan het atoomnummer kleiner is dan 56. Nu gaan we kijken of een fusiereactor veilig is.
De kernfusiereactor is veilig om energie te benutten omdat het een zelfbeperkend proces is, dwz als je de reactie niet kunt beheersen, schakelt de reactor zichzelf uit. De explosie van een fusiereactor is zeer zeldzaam omdat deze geen kettingreactie ondergaat. Het radioactieve afval is minimaal in een fusiereactor, dus het is veilig om te gebruiken.
Bij kernfusie komen geen zware radioactieve elementen of giftige gassen zoals koolstofdioxide of broeikasgassen vrij, dus het is veilig voor het milieu. Kernfusiereactoren zijn niet altijd veilig omdat ze soms door neutronen veroorzaakte radioactiviteit ondergaan, waardoor hoogenergetische neutronen worden gegenereerd die niet zo veilig zijn.
Hoeveel fusiereactoren zijn er?
Het bouwen van een fusiecentrale is moeilijk omdat het moeilijk is om aan de noodzakelijke voorwaarden te voldoen, zoals hoge temperatuur en druk. Laat ons weten hoeveel fusiereactoren er bestaan.
Slechts twee kernfusiereactoren kunnen worden gebruikt om energie op te wekken. Zij zijn
- Magnetische opsluitingsreactoren
- Traagheidsopsluitingsreactoren
Magnetische opsluitingsreactoren
Magnetische opsluitingsreactoren gebruiken het magnetische veld om het deuterium- of tritiumplasma op te sluiten. Ze gebruiken de elektrische geleidbaarheid van plasma om te interageren met het magnetische veld om hoge plasmadruk te compenseren; zo blijft het hete plasma de wanden van de opsluitingskamer raken door middel van het magnetische veld.
Traagheidsopsluitingsreactoren
De traagheidsopsluitingsreactoren gebruiken de fusiebrandstof in de vorm van kleine pellets, die tot een extreem hoge energiedichtheid worden samengeperst en bij hoge temperatuur worden verwarmd. De traagheidsopsluiting duurt zeer kort en de hoge energiebundel van protonen, elektronen of ionen zorgt voor compressie.
Hoe smelten fusiereactoren niet?
Het voordeel van een kernreactor is dat er zelfs bij extreem hoge temperaturen geen risico is op smelten. Laten we de reden vinden achter het niet smelten van een kernfusiereactor.
De kernfusiereactor smelt zelfs bij een temperatuur van een miljoen graden niet vanwege het magnetische veld dat wordt toegepast om het plasma in te sluiten. Het magnetische veld omsluit het plasma als een schild en zorgt zo voor een perfecte warmte-isolatie om extreme temperaturen te weerstaan. De buitenste kern van de reactor smelt dus niet.
Als er in een kernfusiereactor iets misgaat, zoals het afbreken van het magnetische veld, koelt het plasma binnen een seconde af, zodat het niet het risico loopt te smelten. Het is een van de grote voordelen van kernfusiereactoren.
Hoe worden fusiereactoren verwarmd?
Om tot kernfusie te komen is hoge temperatuur een essentieel criterium. Laat ons weten hoe de fusiereactor wordt verwarmd om de gewenste temperatuur te bereiken.
De kernreactor wordt aanvankelijk verwarmd door een externe elektrische stroom die naar de brandstofkern wordt geleid om ze te versnellen. Terwijl ze beginnen te versnellen, verwerven de kernen kinetische energie en ondergaan ze een botsing met zichzelf. De botsing tussen deze kernen veroorzaakt opwarming van de kernfusiereactor.
De warmte die door elke botsing wordt gegenereerd, neemt toe tot de vereiste temperatuur, waardoor een elektron uit neutrale waterstof wordt verwijderd en vervolgens de doelkern in de plasmabrandstof wordt geïnjecteerd. Dit resulteert in het samenvoegen van twee lichtere kernen tot een enkele zware kern.
Conclusie
Laten we dit bericht beëindigen door te stellen dat een kernfusiereactor de veiligste energiegenerator is die nog moeilijk te bouwen is. De productie van energie uit de fusiereactor volgt Einsteins massa-energieomzetting E=mc2. Er zijn wereldwijd slechts 20 kernfusiereactoren gebouwd.
Lees ook:
Ik ben Keerthi K Murthy, ik heb een postdoctorale opleiding natuurkunde afgerond, met de specialisatie op het gebied van vaste-stoffysica. Ik heb natuurkunde altijd beschouwd als een fundamenteel onderwerp dat verbonden is met ons dagelijks leven. Als natuurkundestudent vind ik het leuk om nieuwe dingen in de natuurkunde te ontdekken. Als schrijver is het mijn doel om de lezers op een vereenvoudigde manier te bereiken via mijn artikelen.
Hallo medelezer,
We zijn een klein team bij Techiescience, dat hard werkt tussen de grote spelers. Als je het leuk vindt wat je ziet, deel dan onze inhoud op sociale media. Uw steun maakt een groot verschil. Bedankt!