Hoe werk fusiereaktore? 5 feite wat jy moet weet!

Die hoofdoel van kernfusiereaktors is om elektrisiteit te produseer deur die hitte-energie wat vrygestel word tydens die saamsmeltende twee ligte kerne. Kom ons bestudeer die werking van samesmeltingsreaktore.

  • Kernfusiereaktor gebruik gewoonlik die isotoop van waterstofagtige deuterium of tritium as brandstof.
  • Aanvanklik word die samesmeltingsbrandstof tot 100 miljoen grade Celsius verhit in 'n hoë vakuumkamer, wat in plasma verander word.
  • Die samesmeltingsreaksie vereis hoë temperatuur en druk, verskaf deur 'n baie sterk magnetiese veld of hoë vakuumpomp.
  • Onder die invloed van sulke druk en temperatuur word plasma binne die kamer opgesluit en met die teikenproton saamgesmelt om 'n swaarder kern te vorm.
  • Die energie word tydens die samesmeltingsproses vrygestel, dan versamel en in 'n ander nuttige vorm van energie omgeskakel.

Deuterium is teenwoordig in water, so hulle word wyd gebruik as 'n samesmeltingsbrandstof. Tritium kom nie natuurlik voor nie; dus word litium saam met deuterium as gebruik brandstof vir kernfusie. Kom ons bespreek in hierdie pos interessante feite rakende die werking en opwekking van energie uit kernfusiereaktore.

Hoe wek fusiereaktors elektrisiteit op?

Die opwekking van elektrisiteit uit kernfusiereaktor volg op die energiebesparingsbeginsel. Kom ons fokus op die proses van elektrisiteitsopwekking deur samesmeltingsreaktore.

Fusiereaktors genereer elektrisiteit op twee maniere:

  • Deur stoomturbines – in hierdie metode word die hitte wat tydens die samesmelting vrygestel word, versamel en in stoom omgeskakel deur die water as koelmiddel te gebruik. Dit word deur 'n groot turbine gevoer en laat hulle roteer, wat elektrisiteitsopwekking aandryf.
  • Direkte omskakeling – die vinnig bewegende kerne van die samesmelting dra elektriese ladings. Hierdie heffings kan met behulp van die hitte-enjin in elektrisiteit omgeskakel word.

Die doeltreffendheid van samesmeltingsreaktor

Die doeltreffendheid is verantwoordelik vir die verhouding van inset tot uitsetenergie wat in nuttige werk omgeskakel word. Kom ons kyk na die doeltreffendheid van 'n kernfusiereaktor.

Die samesmeltingsreaktor produseer 'n enorme hoeveelheid hitte; dus is die hittedoeltreffendheid daarvan 70% en die doeltreffendheid van 'n kernfusiereaktor om elektrisiteit op te wek is 40%. ’n Gram samesmeltingsbrandstof kan dieselfde energie produseer as wat 10 kg fossielbrandstof kan produseer, dus is dit meer doeltreffend in terme van energieopwekking.

Is kernfusiereaktors veilig?

Kernfusie behels 'n element waarvan die atoomgetal minder as 56 is. Nou sal ons kyk of 'n samesmeltingsreaktor veilig is.

Die kernfusiereaktor is veilig om energie te benut omdat dit 'n selfbeperkende proses is, maw as jy nie reaksie kan beheer nie, skakel die reaktor self af. Die ontploffing van samesmeltingsreaktor is baie skaars aangesien dit nie kettingreaksie ondergaan nie. Die radioaktiewe afval is minimaal in 'n samesmeltingsreaktor, so dit is veilig om te gebruik.

Kernfusie stel nie enige swaar radioaktiewe element of giftige gasse soos koolstofdioksied of enige kweekhuisgas vry nie, so dit is veilig vir die omgewing. Kernfusiereaktors is nie altyd veilig nie, want soms ondergaan hulle neutrongeïnduseerde radioaktiwiteit, wat hoë-energie neutrone genereer wat nie so veilig is nie.

Image: Skematiese diagram van kernfusiereaktor by Evan Mason, (CC BY-SA 3.0)

Hoeveel samesmeltingsreaktors is daar?

Die bou van 'n samesmeltingskragsentrale is moeilik omdat dit moeilik is om die nodige toestande, soos hoë temperatuur en druk, te bereik. Laat weet ons die aantal samesmeltingsreaktors wat bestaan.

Slegs twee kernfusiereaktors kan gebruik word om energie op te wek. Hulle is

  • Magnetiese inperkingsreaktors
  • Traagheidsbeperkingsreaktors

Magnetiese inperkingsreaktors

Magnetiese inperkingsreaktore gebruik die magnetiese veld om die deuterium- of tritiumplasma te beperk. Hulle gebruik die elektriese geleidingsvermoë van plasma om met die magnetiese veld in wisselwerking te tree om hoë plasmadruk te verreken; dus hou warm plasma aan die wande van die beperkende kamer raak deur middel van die magnetiese veld.

Traagheidsbeperkingsreaktors

Die traagheidsbeperkingsreaktore gebruik die samesmeltingsbrandstof in die vorm van klein korrels, wat tot uiters hoë energiedigtheid saamgepers en teen hoë temperatuur verhit word. Die traagheidsbeperking neem 'n baie kort tydsduur, en die hoë-energiestraal van protone, elektrone of ione doen kompressie.

Hoe smelt fusiereaktore nie?

Die voordeel van 'n kernreaktor is dat daar selfs by uiters hoë temperature geen risiko is om te smelt nie. Kom ons vind die rede agter die geen smelting van 'n kernfusiereaktor.

Die kernfusiereaktor smelt nie eers by miljoen grade temperatuur nie as gevolg van die magnetiese veld wat aangewend word om die plasma te beperk. Die magneetveld omsluit die plasma as 'n skild en bied dus perfekte hitte-isolasie om uiterste temperature te weerstaan. Die buitenste kern van die reaktor smelt dus nie.

In 'n kernfusie-reaktor, as enigiets verkeerd loop, soos die magnetiese veld-afbreking, koel die plasma binne 'n sekonde af sodat dit nie die risiko loop om te smelt nie. Dit is een van die groot voordele van kernfusiereaktors.

Hoe word samesmeltingsreaktore verhit?

Om kernfusie te bewerkstellig, is hoë temperatuur 'n noodsaaklike maatstaf. Laat weet ons hoe die samesmeltingsreaktor verhit word om die vereiste temperatuur te bereik.

Die kernreaktor word aanvanklik verhit deur 'n eksterne elektriese stroom wat na die brandstofkern gevoer word om hulle te versnel. Soos hulle begin versnel, verkry die kerne kinetiese energie en ondergaan botsing met hulself. Die botsing tussen hierdie kerne veroorsaak die verhitting van kernfusiereaktor.

Die hitte wat as gevolg van elke botsing gegenereer word, neem toe tot by die vereiste temperatuur, wat veroorsaak dat 'n elektron van neutrale waterstof verwyder word en dan die teikenkern wat in die plasmabrandstof ingespuit word. Dit lei daartoe dat die twee ligter kerne saamsmelt om 'n enkele swaar kern te vorm.

Gevolgtrekking

Kom ons eindig hierdie pos deur te sê dat 'n kernfusiereaktor die veiligste energieopwekker is wat nog moeilik is om te bou. Die produksie van energie uit die samesmeltingsreaktor volg Einstein se massa-energie-omskakeling E=mc2. Daar is slegs 20 kernfusiereaktore regoor die wêreld gebou.

Scroll na bo