Der Hauptzweck von Kernfusionsreaktoren ist die Stromerzeugung durch die Wärmeenergie, die bei der Verschmelzung zweier leichter Kerne freigesetzt wird. Lassen Sie uns die Funktionsweise von Fusionsreaktoren untersuchen.
- Kernfusionsreaktoren verwenden im Allgemeinen das Isotop von wasserstoffähnlichem Deuterium oder Tritium als Brennstoff.
- Zunächst wird der Fusionsbrennstoff in einer Hochvakuumkammer auf 100 Millionen Grad Celsius erhitzt und in Plasma umgewandelt.
- Das Fusionsreaktion erfordert eine hohe Temperatur und einen hohen Druck, bereitgestellt durch ein sehr starkes Magnetfeld oder eine Hochvakuumpumpe.
- Unter dem Einfluss eines solchen Drucks und einer solchen Temperatur wird Plasma in der Kammer eingeschlossen und mit dem Zielproton verschmolzen, um einen schwereren Kern zu bilden.
- Die Energie wird während des Fusionsprozesses freigesetzt, dann gesammelt und in eine andere nützliche Energieform umgewandelt.
Deuterium ist in Wasser vorhanden, daher werden sie häufig als Fusionsbrennstoff verwendet. Tritium kommt nicht natürlich vor; somit wird Lithium zusammen mit Deuterium als verwendet Brennstoff für die Kernfusion. Lassen Sie uns in diesem Beitrag interessante Fakten über die Funktionsweise und Energieerzeugung von Kernfusionsreaktoren diskutieren.
Wie erzeugen Fusionsreaktoren Strom?
Die Stromerzeugung aus Kernfusionsreaktor folgt der Energieerhaltungsprinzip. Konzentrieren wir uns auf den Prozess der Stromerzeugung durch Fusionsreaktoren.
Fusionsreaktoren erzeugen Strom auf zwei Arten:
- Durch Dampfturbinen – bei diesem Verfahren wird die bei der Fusion freigesetzte Wärme gesammelt und durch die Verwendung von Wasser als Kühlmittel in Dampf umgewandelt. Es wird durch eine große Turbine geleitet und versetzt diese in Rotation, was die Stromerzeugung antreibt.
- Direkte Umwandlung – die sich schnell bewegenden Kerne der Fusion tragen elektrische Ladungen. Diese Ladungen können mit der Wärmekraftmaschine in Strom umgewandelt werden.
Die Effizienz des Fusionsreaktors
Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis von zugeführter zu abgegebener Energie, die in nutzbare Arbeit umgewandelt wird. Lassen Sie uns die Effizienz eines Kernfusionsreaktors überprüfen.
Der Fusionsreaktor erzeugt eine enorme Wärmemenge; Somit beträgt sein Wärmewirkungsgrad 70 % und der Wirkungsgrad eines Kernfusionsreaktors zur Stromerzeugung 40 %. Ein Gramm Fusionsbrennstoff kann die gleiche Energie erzeugen wie 10 kg fossiler Brennstoff, also ist er in Bezug auf die Energieerzeugung effizienter.
Sind Kernfusionsreaktoren sicher?
Bei der Kernfusion handelt es sich um ein Element, dessen Ordnungszahl kleiner als 56 ist. Jetzt werden wir untersuchen, ob ein Fusionsreaktor sicher ist.
Der Kernfusionsreaktor kann Energie sicher nutzen, da es sich um einen selbstbegrenzenden Prozess handelt, dh wenn Sie die Reaktion nicht kontrollieren können, schaltet sich der Reaktor selbst ab. Die Explosion eines Fusionsreaktors ist sehr selten, da er keiner Kettenreaktion unterliegt. Der radioaktive Abfall in einem Fusionsreaktor ist minimal, daher ist seine Verwendung sicher.
Die Kernfusion setzt weder schwere radioaktive Elemente noch giftige Gase wie Kohlendioxid oder Treibhausgase frei und ist daher sicher für die Umwelt. Kernfusionsreaktoren sind nicht immer sicher, da sie manchmal einer durch Neutronen induzierten Radioaktivität ausgesetzt sind und hochenergetische Neutronen erzeugen, die nicht so sicher sind.
Wie viele Fusionsreaktoren gibt es?
Der Bau eines Fusionskraftwerks ist schwierig, weil es schwierig ist, die notwendigen Bedingungen wie hohe Temperatur und hohen Druck zu erreichen. Teilen Sie uns die Anzahl der existierenden Fusionsreaktoren mit.
Nur zwei Kernfusionsreaktoren können zur Energieerzeugung genutzt werden. Sie sind
- Magnetische Einschlussreaktoren
- Trägheitsreaktoren
Magnetische Einschlussreaktoren
Magnetische Einschlussreaktoren verwenden das Magnetfeld, um das Deuterium- oder Tritiumplasma einzuschließen. Sie nutzen die elektrische Leitfähigkeit des Plasmas, um mit dem Magnetfeld zu interagieren und den hohen Plasmadruck auszugleichen; somit berührt heißes Plasma weiterhin die Wände der Begrenzungskammer mittels des Magnetfelds.
Trägheitsreaktoren
Die Trägheitsreaktoren verwenden den Fusionsbrennstoff in Form kleiner Pellets, die auf eine extrem hohe Energiedichte komprimiert und auf hohe Temperatur erhitzt werden. Der Trägheitseinschluss dauert eine sehr kurze Zeitspanne, und der hochenergetische Strahl aus Protonen, Elektronen oder Ionen komprimiert.
Warum schmelzen Fusionsreaktoren nicht?
Der Vorteil eines Kernreaktors besteht darin, dass selbst bei extrem hohen Temperaturen keine Schmelzgefahr besteht. Lassen Sie uns den Grund für das Nichtschmelzen eines Kernfusionsreaktors finden.
Der Kernfusionsreaktor schmilzt nicht einmal bei einer Temperatur von Millionen Grad, weil das Magnetfeld angelegt wird, um das Plasma einzuschließen. Das Magnetfeld umschließt das Plasma wie ein Schild und bietet so eine perfekte Wärmeisolierung, um extremen Temperaturen standzuhalten. Somit schmilzt der äußere Kern des Reaktors nicht.
Wenn in einem Kernfusionsreaktor etwas schief geht, wie zum Beispiel der Zusammenbruch des Magnetfelds, kühlt das Plasma innerhalb einer Sekunde ab, sodass es nicht zu schmelzen droht. Das ist einer der großen Vorteile von Kernfusionsreaktoren.
Wie werden Fusionsreaktoren beheizt?
Um eine Kernfusion zu erreichen, ist eine hohe Temperatur ein wesentliches Kriterium. Lassen Sie uns wissen, wie der Fusionsreaktor beheizt wird, um die erforderliche Temperatur zu erreichen.
Der Kernreaktor wird zunächst durch einen externen elektrischen Strom erhitzt, der an den Brennstoffkern geleitet wird, um ihn zu beschleunigen. Wenn sie zu beschleunigen beginnen, erhalten die Kerne kinetische Energie und kollidieren mit sich selbst. Die Kollision zwischen diesen Kernen bewirkt die Erwärmung des Kernfusionsreaktors.
Die durch jede Kollision erzeugte Wärme steigt bis zur erforderlichen Temperatur an, wodurch ein Elektron aus neutralem Wasserstoff entfernt und dann der Zielkern in den Plasmabrennstoff injiziert wird. Dies führt dazu, dass zwei leichtere Kerne zu einem einzigen schweren Kern verschmelzen.
Zusammenfassung
Lassen Sie uns diesen Beitrag mit der Feststellung beenden, dass ein Kernfusionsreaktor der sicherste Energiegenerator ist, der jedoch schwer zu bauen ist. Die Energieerzeugung aus dem Fusionsreaktor folgt Einsteins Masse-Energie-Umwandlung E=mc2. Weltweit werden nur 20 Kernfusionsreaktoren gebaut.
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