FOR de siste 20 årene HAR Mits Plasma Science And Fusion Center (PSFC) eksperimentert med atomfusjon gjennom verdens minste tokamak-type (doughnut-formet) atomfusjonsenhet-Alcator C-Mod.
målet? Å produsere verdens minste fusjonsreaktor – en som knuser en smultringformet fusjonsreaksjon i en 3, 3 meter radius-hvorav tre kunne drive En by på Størrelse Med Boston.Og mit-forskere nærmer seg målet sitt, til tross for en nylig kutt i føderal finansiering som kan redusere fremdriften.erfaringene som ALLEREDE er lært fra MITS Mindre Alcator c-Mod fusion-enhet har gjort det mulig for forskere, inkludert Mit Ph. D kandidat Brandon Sorbom og Psfc Direktør Dennis Whyte, å utvikle den konseptuelle ARC (rimelig, robust, kompakt) reaktor.»Vi ønsket å produsere noe som kunne produsere kraft, men være så lite som mulig,» Sa Sorbom.En FUNGERENDE ARC fusion reaktor ville bruke 50 megawatt (MW) kraft til å produsere 500mw fusjonskraft, HVORAV 200MW kunne leveres til nettet. Det er nok til å gi 200.000 mennesker elektrisitet.
et blikk inne I MITS C-Mod, som bare er 0,68 meter i radius-den minste fusjonsreaktoren med det sterkeste magnetfeltet i verden.
mens tre andre fusjonsenheter omtrent samme størrelse som BUEN har blitt bygget de siste 35 årene, produserte de ikke noe i nærheten av strømmen. DET som skiller mits reaktor fra hverandre er superlederteknologien, som gjør det mulig å skape 50 ganger kraften den faktisk trekker. (MITS PSFC i fjor publiserte et papir om prototypen ARC reactor i peer reviewed journal ScienceDirect.)
ARC-reaktorens kraftige magneter er modulære, noe som betyr at de lett kan fjernes, og det sentrale vakuumbeholderen der fusjonsreaksjonen oppstår, kan erstattes raskt; foruten å tillate oppgraderinger, betyr et flyttbart fartøy at en enkelt enhet kan brukes til å teste mange vakuumbeholderdesign.Fusjonsreaktorer fungerer ved supervarme hydrogengass i vakuum, fusjon av hydrogenatomer danner helium. Akkurat som med splitting atomer i dagens fisjon kjernereaktorer, fusion utgivelser energi. Utfordringen med fusjon har vært å begrense plasmaet (elektrisk ladet gass) mens den varmes opp med mikrobølger til temperaturer varmere enn Solen.
Bærekraftig energi
resultatet av å bygge EN BUEREAKTOR ville være en rikelig kilde til ren og pålitelig kraft, fordi det nødvendige drivstoffet-hydrogenisotoper – er i ubegrenset forsyning på Jorden.
«Det vi har gjort er å etablere det vitenskapelige grunnlaget…for faktisk å vise at det er en levedyktig vei fremover i vitenskapen om inneslutning av dette plasmaet for å lage netto fusjonsenergi-til slutt, » Sa Whyte.Fusjonsforskning i dag er på terskelen for å utforske «brennende plasma», hvorved varmen fra fusjonsreaksjonen er begrenset i plasmaet effektivt nok til at reaksjonen opprettholdes i lange perioder.
en titt på utsiden AV MITS c-Mod nuclear fusion-enhet. C-Mod-prosjektet har banet vei for en konseptuell ARC-reaktor.
normalt består gass som hydrogen av nøytrale molekyler som hopper rundt. Når du superheat en gass, men elektronene skille fra kjerner skaper en suppe av ladede partikler rattling rundt ved høye hastigheter. Et magnetfelt kan da trykke de ladede partiklene i kondensert form, og tvinge dem til å smelte sammen.den 40-årige sammenslåingen av fusjonskraft er at ingen har vært i stand til å skape en fusjonsreaktor som legger ut mer strøm enn det som kreves for å betjene den. Med andre ord, mer kraft er nødvendig for å holde plasmaet varmt og generere fusjonskraft enn fusjonskraften den produserer.Europas fungerende tokamak-reaktor HETER JET, har verdens rekord for kraftproduksjon; den genererer 16mw fusjonskraft, men krever 24mw elektrisitet for å fungere.MITS forskere tror imidlertid at de har svaret på nettkraftproblemet, og det vil være tilgjengelig i en relativt liten pakke sammenlignet med dagens atomkraftverk. Ved å gjøre reaktoren mindre, gjør den det også billigere å bygge. I tillegg VIL BUEN være modulær, slik at mange deler kan fjernes for reparasjoner til oppgraderinger, noe som ikke tidligere er oppnådd.
hva setter mits fusjonsenhet fra hverandre
HVA MIT alene har gjort er å skape verdens sterkeste magnetiske inneslutningsfelt for en reaktor sin størrelse. Jo høyere magnetfeltet er, desto større fusjonsreaksjonen og jo større kraft produseres.»Vi er svært sikre på at vi vil kunne vise at dette mediet kan gi mer fusjonskraft enn det som trengs for å holde det varmt,» Sa Whyte.
en cutaway visning av den foreslåtte BUE reaktoren. Takket være kraftig ny magnetteknologi vil DEN mye mindre, billigere ARC-reaktoren levere samme effekt som en mye større reaktor.
Fusjonsreaktorer ville ha flere fordeler over dagens fisjon kjernereaktorer. For en vil fusjonsreaktorer produsere lite radioaktivt avfall. Fusjonsreaktorer produserer det som kalles «aktiveringsprodukter» med fusjonsnutroner.den lille mengden radioaktive isotoper som produseres er kortvarig, med en halveringstid som varer i flere tiår mot tusenvis av år fra fisjonsavfall, Sa Sorbom.
reaktorene vil også bruke mindre energi til å operere enn fisjonsreaktorer.MENS MITS Nåværende Alcator C-Mod ikke produserer elektrisitet, demonstrerer det effekten av et magnetisk inneslutningsfelt på superoppvarmet plasma, og ved varmt snakker vi om 100 millioner grader Fahrenheit. Til sammenligning Er Vår Sol en kjølig 27 millioner grader Fahrenheit.Langt fra å være farlig, kjøler 100 millioner graders plasma øyeblikkelig og gjenopptar en gassformig tilstand når den berører reaktorens indre sider. Det er derfor et kraftig magnetisk inneslutningsfelt er nødvendig.på samme måte som en fisjonsreaktor, ville en fusjonsreaktor i hovedsak være en dampmotor. Varmen fra den kontrollerte fusjonsreaksjonen brukes til å slå en dampturbin som i sin tur driver elektriske generatorer.MIT ‘ s nåværende c-Mod fusjonsenhet bruker rikelig deuterium som plasma drivstoff. Deuterium er en hydrogenisotop som ikke er radioaktiv og kan ekstraheres fra sjøvann.
for å skape en konseptuell BUEREAKTOR er det imidlertid nødvendig med en andre hydrogenisotop: tritium. Det er fordi hastigheten som deuterium-deuterium isotoper sikring er ca 200 ganger mindre enn hastigheten som deuterium-tritium isotoper sikring.Tritium, mens radioaktivt, har bare en halveringstid på ca 10 år. Selv om tritium ikke forekommer naturlig, kan det opprettes ved å bombardere litium med nøytroner. Som et resultat kan den lett produseres som en bærekraftig kilde til drivstoff.
med fusjonsreaktorer er mindre bedre
MENS MITS reaktor kanskje ikke passer beleilig inn I Tony Starks bryst (det er en film tross alt), ville det være den minste fusjonsreaktoren med det kraftigste magnetiske inneslutningskammeret på jorden. Det ville produsere kraften til åtte Teslaer eller om lag to MR-maskiner.
til sammenligning, i sør-Frankrike, syv nasjoner (inkludert USA har samarbeidet for å bygge verdens største fusjonsreaktor, International Thermonuclear Experimental Reactor (Iter) Tokamak. Iter fusion chamber har en fusjonsradius på 6,5 meter, og dets superledende magneter vil produsere 11,8 Teslas kraft.
ITER-reaktoren er imidlertid omtrent dobbelt SÅ STOR SOM BUE og veier 3400 tonn-16 ganger så tung som noen tidligere produsert fusjonsfartøy. Den D-formede reaktoren vil være mellom 11 meter og 17 meter i størrelse og ha en tokamak plasmaradius på 6, 2 meter, nesten dobbelt SÅ STOR SOM BUENS 3, 3 meter radius.konseptet for ITER-prosjektet startet i 1985, og byggingen startet i 2013. Den har en estimert prislapp på mellom $ 14 milliarder og $ 20 milliarder. Whyte mener imidlertid AT ITER vil ende opp med å bli langt dyrere, $ 40 milliarder til $ 50 milliarder, basert på «DET faktum AT usas bidrag» er $ 4 milliarder til $ 5 milliarder, » og vi er 9% partnere.»
Iter tidsplan for ferdigstillelse er 2020, med full deuterium-tritium fusjon eksperimenter starter i 2027.når den er ferdig, forventes ITER å være den første fusjonsreaktoren for å generere netto kraft, men den kraften vil ikke produsere elektrisitet; DET vil bare forberede veien for en reaktor som kan.MITS ARC-reaktor forventes å koste $ 4 milliarder til $ 5 milliarder dollar og kunne fullføres om fire til fem år, Sa Sorbom.ÅRSAKEN TIL AT LYSBUEN kunne fullføres raskere og med en tiendedel av kostnaden for ITER skyldes størrelsen og bruken av de nye høyfelt superlederne som opererer ved høyere temperaturer enn typiske superledere.
vanligvis bruker fusjonsreaktorer lavtemperatur superledere som magnetiske spoler. Spolene må avkjøles til ca 4 grader Kelvin, eller minus 452 grader Fahrenheit, for å fungere. MITS tokamak fusion-enhet bruker en» høy temperatur » sjeldne jord barium kobberoksid (REBCO) superledende tape for sine magnetiske spoler, som er langt billigere og effektiv. SELVFØLGELIG er» høy temperatur » relativ: REBCO-spolene opererer ved 100 grader Kelvin, eller om minus 280 grader Fahrenheit, men det er varmt nok til å bruke rikelig flytende nitrogen som kjølemiddel.
I sin venstre hånd holder Brandon Sorbom en superledende tape som brukes i fusjonsreaktorens magnetiske spoler. I sin høyre hånd er en typisk kobber elektrisk kabel. Bruken av den nye super conducting tape reduserer kostnadene og gjør DET MULIG FOR MIT å bruke rikelig flytende nitrogen som kjølemiddel.
«den aktiverende teknologien for å kunne krympe fusjonsstørrelsen er denne nye superledende teknologien,» Sa Sorbom. «Mens superlederne har eksistert siden slutten av 1980-tallet i laboratorier, har de siste fem årene kommersialisert disse tingene i bånd for store prosjekter som dette.»
I tillegg til størrelse og pris KAN REBCO tape også øke fusjonskraften 10 ganger sammenlignet med standard superledende teknologi.Før MITS BUE kan bygges, må forskerne først bevise at de kan opprettholde en fusjonsreaksjon. FOR TIDEN går MITS C-Mod-reaktor bare noen få sekunder hver gang DEN blir sparket opp. FAKTISK krever DET så mye strøm, AT MIT må bruke en buffertransformator for å lagre nok strøm til å kjøre den uten å brune Ut Byen Cambridge. Og Med en plasmaradius på bare 0, 68 meter har C-Mod langt mindre enn SELV ARC-reaktoren ville
Så Før DEN bygger ARC-reaktoren, VIL MITS neste fusjonsenhet-Advanced Divertor OG RF tokamak eXperiment (ADX) – teste ulike metoder for effektivt å håndtere Sollignende temperaturer uten å forringe plasmaytelsen.
ETTER å ha oppnådd bærekraftig ytelse, VIL ARC avgjøre om netto kraftproduksjon er mulig. Den siste hindringen før fusjonsreaktorer kan levere strøm til nettet, overfører varmen til en generator.
Feds cut funding
MITS c-Mod tokamak-reaktor er en av de tre store fusjonsforskningsanleggene i USA, SAMMEN MED DIII-D Ved General Atomics og National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U) ved Princeton Plasma Physics Laboratory.
en forsker arbeider inne I Wendelstein 7-X (W7-X) en eksperimentell kjernefysisk fusjonsreaktor bygget I Greifswald, Tyskland, Av Max-Planck-Institut fü Plasmafysik (Ipp). Reaktoren, ferdigstilt i oktober 2015, er den største til dags dato.
Kaster en skiftenøkkel i sin innsats, lærte MIT tidligere i år at finansieringen av fusjonsreaktoren under Department Of Energy (DOE) kommer til en slutt. Beslutningen om å stenge Alcator C-Mod ble drevet av budsjettbegrensninger, Ifølge Edmund Synakowski, assisterende direktør for Vitenskap For Fusion Energy Sciences (FES) ved DOE.I dagens budsjett Har Kongressen gitt 18 millioner dollar til MITS C-Mod, som vil støtte minst fem ukers drift i sitt siste år og dekke kostnadene knyttet til nedleggelsen av anlegget, Sa Synakowski i Et e-post svar til Computerworld. (Forskere håper å finne andre finansieringskilder for å gjøre opp for tapet .)
Psfc har omtrent 50 Ph.D studenter som arbeider for å utvikle fusjonsenergi. Tidligere studenter har forlatt MIT for å starte egne selskaper eller ta utvikle akademiske prosjekter utenfor MIT.Å sørge for at forskere og studenter ved MIT kan overgå til samarbeid på ANDRE DOE-finansierte fusjonsenergiforskningsanlegg i USA-spesielt DE to primære fasilitetene: DIII-D Ved General Atomics I San Diego, og NSTX-U Ved Princeton Plasma Physics Laboratory-har vært «en av de store bekymringene,» Sa Synakowski.I løpet av det siste regnskapsåret jobbet FES med MIT for å etablere en ny femårig samarbeidsavtale, som begynte På September. 1, 2015, for å gjøre det mulig for forskerne å overgå TIL FES-finansierte samarbeid.Whyte mener imidlertid at løftet om fusjonsenergi er for viktig for forskning å slå ned.»Fusion er for viktig til å ha bare en vei til det,» Sa Whyte. «Mitt motto er mindre og raskere. Hvis vi kan teknologien som tillater oss å få tilgang til mindre enheter og bygge en rekke av dem…, så gir dette oss mulighet til å komme til et sted hvor vi har flere alternativer på bordet for å utvikle fusjon på en raskere tidsskala.»
Og Whyte sa at det vitenskapelige grunnlaget for små fusjonsreaktorer er etablert VED MIT.»Vi gjorde det til tross for at vi har den minste av de store eksperimenter rundt om i verden. Vi har faktisk rekorden for å oppnå trykk av dette plasmaet. Press er en av de grunnleggende barene du må komme over, » Sa Whyte. «Vi er veldig begeistret for dette .»