Fusionsmacht ist die durch Kernfusionsprozesse erzeugte Macht. In Fusionsreaktionen brennen zwei leichte Atomkerne zusammen durch, um einen schwereren Kern (im Vergleich mit der Spaltungsmacht) zu bilden. Dabei veröffentlichen sie einen verhältnismäßig großen Betrag der Energie, die aus der Bindungsenergie wegen der starken Kernkraft entsteht, die als eine Zunahme in der Temperatur der Reaktionspartner manifestiert wird. Fusionsmacht ist ein primäres Gebiet der Forschung in der Plasmaphysik.

Der Begriff wird allgemein gebraucht, um sich auf die potenzielle kommerzielle Produktion der verwendbaren Nettomacht von einer Fusionsquelle zu beziehen, die dem Gebrauch des Begriffes "Dampfmacht ähnlich ist." Die Hauptdesigns für die kontrollierte Fusionsforschung verwenden magnetisch (tokamak Design), oder die Trägheits(laser)-Beschränkung eines Plasmas, mit der Hitze von den Fusionsreaktionen hat gepflegt, eine Dampfturbine zu bedienen, die der Reihe nach elektrische Generatoren steuert, die dem Prozess ähnlich sind, der im fossilen Brennstoff und den Atomspaltungskraftwerken verwendet ist.

, das größte Experiment mittels der magnetischen Beschränkung ist Joint European Torus (JET) gewesen. 1997 hat STRAHL eine Spitze der Fusionsmacht (65 % der Eingangsmacht), mit der Fusionsmacht über den anhaltenden für mehr als 0.5 sec erzeugt. Sein Nachfolger, ITER, wurde als ein Teil eines Sieben-Länder-Konsortiums offiziell bekannt gegeben. ITER wird entworfen, um zehnmal mehr Fusionsmacht zu erzeugen, als die ins Plasma gestellte Macht. ITER ist zurzeit im Bau in Cadarache, Frankreich.

Trägheits(laser)-Beschränkung, die einige Zeit als schwieriger oder unausführbar gesehen wurde, hat allgemein weniger Entwicklungsaufwand gesehen als magnetische Annäherungen. Jedoch hat diese Annäherung ein Come-Back im Anschluss an weitere Neuerungen gemacht, und wird an beiden die Nationale USA-Zünden-Möglichkeit sowie die geplante Europäische Union Hohe Macht-Laserenergieforschung (HiPER) Möglichkeit entwickelt. NIF hat anfänglichen betrieblichen Status 2010 erreicht und ist im Prozess gewesen, die Macht und Energie seiner "Schüsse" zu vergrößern. Fusionszünden-Tests sollen folgen.

Fusion ist gerast, wie man am Anfang glaubte, war Elektrizitätsgeneration sogleich erreichbar, wie Spaltungsmacht gewesen war. Jedoch haben die äußersten Voraussetzungen für dauernde Reaktionen und Plasmaeindämmung zu Vorsprüngen geführt, die um mehrere Jahrzehnte erweitern werden. 2010, mehr als 60 Jahre nach den ersten Versuchen, wie man noch glaubt, ist kommerzielle Energieerzeugung vor 2050 unwahrscheinlich.

Kraftstoffzyklus

Das grundlegende Konzept hinter jeder Fusionsreaktion soll zwei oder mehr Kerne nahe genug zusammen bringen, so dass die restliche starke Kraft (Kernkraft) in ihren Kernen sie in einen größeren Kern zusammenreißen wird. Wenn zwei leichte Kerne durchbrennen, werden sie allgemein einen einzelnen Kern mit einer ein bisschen kleineren Masse bilden als die Summe ihrer ursprünglichen Massen (obwohl das nicht immer der Fall ist). Der Unterschied in der Masse wird als Energie gemäß der Massenenergie-Gleichwertigkeitsformel E von Albert Einstein = mc veröffentlicht. Wenn die Eingangskerne genug massiv sind, wird das resultierende Fusionsprodukt schwerer sein als die Summe der ursprünglichen Massen der Reaktionspartner, in welchem Fall die Reaktion eine Außenenergiequelle verlangt. Die Trennungslinie zwischen "leichtem" und "schwerem" ist Eisen 56. Über dieser Atommasse wird Energie allgemein durch Atomspaltungsreaktionen veröffentlicht; darunter, durch die Fusion.

Der Fusion zwischen den Kernen wird durch ihre geteilte elektrische Anklage, spezifisch die positive Nettoanklage der Protone im Kern entgegengesetzt. Um diese elektrostatische Kraft, oder "Ampere-Sekunde-Barriere" zu überwinden, muss eine Außenenergiequelle versorgt werden. Die leichteste Weise zu tun ist das, die Atome zu heizen, der die Nebenwirkung hat, die Elektronen von den Atomen abzuziehen und sie als bloße Kerne zu verlassen.

In den meisten Experimenten werden die Kerne und Elektronen in einer als ein Plasma bekannten Flüssigkeit verlassen. Die Temperaturen, die erforderlich sind, die Kerne mit genug Energie zu versorgen, ihre Repulsion zu überwinden, sind eine Funktion der Gesamtanklage, so Wasserstoff, der die kleinste Kernanklage deshalb hat, reagiert bei der niedrigsten Temperatur. Helium hat eine äußerst niedrige Masse pro Nukleon und wird deshalb als ein Fusionsprodukt energisch bevorzugt. Demzufolge verbinden die meisten Fusionsreaktionen Isotope von Wasserstoff ("protium", schwerer Wasserstoff oder Tritium), um Isotope von Helium zu bilden (oder).

Die Reaktionskreuz-Abteilung, angezeigter σ, ist ein Maß der Wahrscheinlichkeit einer Fusionsreaktion als eine Funktion der Verhältnisgeschwindigkeit der zwei Reaktionspartner-Kerne. Wenn die Reaktionspartner einen Vertrieb von Geschwindigkeiten haben, wie in einem Thermalvertrieb innerhalb eines Plasmas der Fall ist, dann ist es nützlich, einen Durchschnitt über den Vertrieb des Produktes der bösen Abteilung und Geschwindigkeit durchzuführen. Die Reaktionsrate (Fusionen pro Volumen pro Zeit) ist <v> Zeiten das Produkt der Reaktionspartner-Zahl-Dichten:

: (für einen Reaktionspartner)

: (für zwei Reaktionspartner)

<v> Zunahmen von eigentlich Null-bei Raumtemperaturen bis zu bedeutungsvollen Umfängen bei Temperaturen dessen. Die Bedeutung <v> weil eine Funktion der Temperatur in einem Gerät mit einer besonderen Energiebeschränkungszeit durch das Betrachten des Kriteriums von Lawson gefunden wird.

Vielleicht basieren die drei am weitesten überlegten Kraftstoffzyklen auf dem D-T, D-D und den p-Reaktionen. Andere Kraftstoffzyklen (D- und-) würden eine Versorgung von Ihm, entweder von anderen Kernreaktionen oder von außerirdischen Quellen, wie die Oberfläche des Monds oder die Atmosphären der riesigen Gasplaneten verlangen. Die Details der Berechnungen, die diese Reaktionen vergleichen, können hier gefunden werden.

D-T Kraftstoffzyklus

Das leichteste (gemäß dem Kriterium von Lawson) und am meisten sofort das Versprechen die Kernreaktion, für die Fusionsmacht verwendet zu werden, ist:

: +  +

Wasserstoff 2 (Schwerer Wasserstoff) ist ein natürlich vorkommendes Isotop von Wasserstoff, und weil solcher allgemein verfügbar ist. Das große Massenverhältnis der Wasserstoffisotope macht die Trennung ziemlich leicht im Vergleich zum schwierigen Uran-Bereicherungsprozess. Wasserstoff 3 (Tritium) ist auch ein Isotop von Wasserstoff, aber es kommt natürlich in nur unwesentlichen Beträgen wegen seiner radioaktiven Halbwertzeit von 12.32 Jahren vor. Folglich verlangt der Kraftstoffzyklus des Tritiums des schweren Wasserstoffs die Fortpflanzung von Tritium von Lithium mit einer der folgenden Reaktionen:

: +  + +

Das Reaktionspartner-Neutron wird durch die D-T Fusionsreaktion geliefert, die oben, diejenige gezeigt ist, die auch die nützliche Energie erzeugt. Die Reaktion mit Li ist exothermic, einen kleinen Energiegewinn für den Reaktor zur Verfügung stellend. Die Reaktion mit Li ist endothermic, aber verbraucht das Neutron nicht. Mindestens einige Reaktionen von Li sind erforderlich, die Neutronen zu ersetzen, die durch Reaktionen mit anderen Elementen verloren sind. Die meisten Reaktordesigns verwenden die natürlich vorkommende Mischung von Lithiumisotopen. Jedoch wird die Versorgung von Lithium relativ mit anderen Anwendungen wie Li-Ion-Batterien beschränkt, die seine Nachfrage vergrößern.

Mehrere Nachteile werden der D-T Fusionsmacht allgemein zugeschrieben:

1. Es erzeugt wesentliche Beträge von Neutronen, die auf die Neutronaktivierung der Reaktorstruktur hinauslaufen.
2. Nur ungefähr 20 % des Fusionsenergieertrags erscheinen in der Form von beladenen Partikeln (die Rest-Neutronen), der das Ausmaß beschränkt, auf das direkte Energieumwandlungstechniken angewandt werden könnten.
3. Der Gebrauch der D-T Fusionsmacht hängt von Lithiummitteln ab, die weniger reichlich sind als Mittel des schweren Wasserstoffs. Jedoch ist Lithium auf der Erde relativ reichlich.
4. Es verlangt das Berühren des Radioisotop-Tritiums. Ähnlich Wasserstoff ist Tritium schwierig zu enthalten und kann von Reaktoren in etwas Menge lecken. Einige Schätzungen weisen darauf hin, dass das eine ziemlich große Umweltausgabe der Radioaktivität vertreten würde.

Der in einem kommerziellen D-T Fusionsreaktor erwartete Neutronfluss ist ungefähr 100mal mehr als das von aktuellen Spaltungsmacht-Reaktoren, Probleme für das materielle Design aufwerfend. Das Design von passenden Materialien ist in Vorbereitung, aber ihr wirklicher Gebrauch in einem Reaktor wird bis zur Generation nach ITER nicht vorgeschlagen. Nach einer einzelnen Reihe von D-T-Tests am STRAHL, der größte Fusionsreaktor noch, um diesen Brennstoff zu verwenden, war der Vakuumbehälter genug radioaktiv, dass das entfernte Berühren für das Jahr im Anschluss an die Tests verwendet werden musste.

In einer Produktionseinstellung würden die Neutronen verwendet, um mit Lithium zu reagieren, um mehr Tritium zu schaffen. Das legt auch die Energie der Neutronen im Lithium ab, das dann abgekühlt würde, um diese Energie zu entfernen und elektrische Produktion zu steuern. Diese Reaktion schützt die Außenteile des Reaktors vom Neutronfluss. Neuere Designs, der fortgeschrittene tokamak insbesondere verwenden auch Lithium innerhalb des Reaktorkerns als ein Schlüsselelement des Designs. Das Plasma wirkt direkt mit dem Lithium aufeinander, ein als "Wiederverwertung" bekanntes Problem verhindernd. Der Vorteil dieses Lay-Outs wurde im Tokamak Lithiumexperiment demonstriert.

D-D Kraftstoffzyklus

Obwohl schwieriger, um zu erleichtern, als die Reaktion des Tritiums des schweren Wasserstoffs kann Fusion auch durch die Reaktion von schwerem Wasserstoff mit sich erreicht werden. Diese Reaktion hat zwei Zweige, die mit fast der gleichen Wahrscheinlichkeit vorkommen:

Die optimale Energie für diese Reaktion ist 15 keV nur ein bisschen höher als das Optimum für die D-T Reaktion. Der erste Zweig erzeugt Neutronen nicht, aber er erzeugt wirklich Tritium, so dass ein D-D Reaktor nicht völlig ohne Tritium sein wird, wenn auch er keinen Eingang von Tritium oder Lithium verlangt. Der grösste Teil des erzeugten Tritiums wird vor dem Verlassen des Reaktors verbrannt, der das Tritium-Berühren erforderlich reduziert, sondern auch bedeutet, dass mehr Neutronen erzeugt werden, und dass einige von diesen sehr energisch sind. Das Neutron vom zweiten Zweig hat eine Energie nur, wohingegen das Neutron von der D-T Reaktion eine Energie hat, auf eine breitere Reihe der Isotop-Produktion und des materiellen Schadens hinauslaufend.

Ganze Tritium-Brandwunde annehmend, ist die Verminderung des Bruchteils der durch Neutronen getragenen Fusionsenergie nur ungefähr 18 %, so dass der primäre Vorteil des D-D Kraftstoffzyklus darin besteht, dass Tritium-Fortpflanzung nicht erforderlich ist. Andere Vorteile sind Unabhängigkeit von Beschränkungen von Lithiummitteln und einem etwas weicheren Neutronspektrum. Der Preis, um im Vergleich zu D-T zu zahlen, ist, dass die Energiebeschränkung (an einem gegebenen Druck) 30mal besser sein muss und die Macht erzeugt (an einem gegebenen Druck und Volumen) 68mal weniger ist.

D-He Kraftstoffzyklus

Eine Annäherung der zweiten Generation an die kontrollierte Fusionsmacht ist mit sich verbindendem Helium 3 (Er) und schwerer Wasserstoff (H) verbunden. Diese Reaktion erzeugt ein Helium 4 Kern (Er) und ein energiereiches Proton. Als mit dem p-B aneutronic Fusionskraftstoffzyklus wird der grösste Teil der Reaktionsenergie als beladene Partikeln veröffentlicht, Aktivierung der Reaktorunterkunft reduzierend und potenziell effizienteres Energieernten (über einige von mehreren spekulativen Technologien) erlaubend. In der Praxis erzeugen D-D Seitenreaktionen eine bedeutende Anzahl von Neutronen, p-B hinauslaufend, der bevorzugte Zyklus für die aneutronic Fusion zu sein.

P-B-Kraftstoffzyklus

Wenn aneutronic Fusion die Absicht ist, dann kann der viel versprechendste Kandidat der Wasserstoff 1 (Proton) / Bor-Reaktion sein:

:H + B  3 Er

Unter angemessenen Annahmen werden Seitenreaktionen auf ungefähr 0.1 % der Fusionsmacht hinauslaufen, die durch Neutronen wird trägt. An 123 keV ist die optimale Temperatur für diese Reaktion fast zehnmal höher als das für die reinen Wasserstoffreaktionen, die Energiebeschränkung muss 500mal besser sein als das, das für die D-T Reaktion erforderlich ist, und die Macht-Dichte wird 2500mal niedriger sein als für D-T. Da die Beschränkungseigenschaften von herkömmlichen Annäherungen an die Fusion wie der tokamak und die Laserkügelchen-Fusion geringfügig sind, basieren die meisten Vorschläge für die aneutronic Fusion auf radikal verschiedenen Beschränkungskonzepten, solcher als Polygut und der Dichte Plasmafokus.

Geschichte der Forschung

Kurze Übersicht

Die Idee, von den Menschen begonnene Fusionsreaktionen zu verwenden, wurde zuerst praktisch zu militärischen Zwecken in Kernwaffen gemacht. In einer Wasserstoffbombe wird die durch eine Spaltungswaffe veröffentlichte Energie verwendet, um Fusionsbrennstoff zusammenzupressen und zu heizen, eine Fusionsreaktion beginnend, die einen großen Betrag von Neutronen veröffentlicht, der die Rate der Spaltung vergrößert. Die erste Spaltungsfusionsspaltung hat Waffen veröffentlicht ungefähr 500mal mehr Energie gestützt als frühe Spaltungswaffen.

Versuche des Steuerns der Fusion hatten bereits durch diesen Punkt angefangen. Die Registrierung des ersten Patents, das mit einem Fusionsreaktor durch die Atomenergie-Autorität des Vereinigten Königreichs, die Erfinder verbunden ist, die Herr George Paget Thomson und Moses Blackman sind, geht bis 1946 zurück. Das war die erste ausführliche Überprüfung des Kneifen-Konzepts, und kleine Anstrengungen, mit dem Kneifen-Konzept zu experimentieren, haben an mehreren Seiten im Vereinigten Königreich angefangen.

Um dieselbe Zeit hat ein ausgebürgerter Deutscher Ronald Richter das Huemul-Projekt in Argentinien vorgeschlagen, positive Ergebnisse 1951 bekannt gebend. Obwohl sich diese Ergebnisse erwiesen haben, falsch zu sein, hat es vom intensiven Interesse um die Welt Funken gesprüht. Die Kneifen-Programme des Vereinigten Königreichs wurden außerordentlich ausgebreitet, im ZETA und den Zepter-Geräten kulminierend. In den Vereinigten Staaten haben Kneifen-Experimente wie diejenigen im Vereinigten Königreich am Los Alamos National Laboratory angefangen. Ähnliche Geräte wurden in der UDSSR gebaut, nachdem Daten auf dem Programm des Vereinigten Königreichs zu ihnen von Klaus Fuchs passiert wurden. An der Universität von Princeton hat sich eine neue Annäherung als der stellarator entwickelt, und die Forschungserrichtung gebildet dort geht bis jetzt als das Plasmaphysik-Laboratorium von Princeton weiter. Um Lawrence Livermore nicht übertroffen zu werden, ist Nationales Laboratorium ins Feld mit ihrer eigenen Schwankung, dem magnetischen Spiegel eingegangen. Diese drei Gruppen sind die primären Entwickler von der Fusionsforschung in den Vereinigten Staaten bis jetzt geblieben.

In der Zeit seit diesen frühen Experimenten haben sich zwei neue Annäherungen entwickelt, die seitdem gekommen sind, um Fusionsforschung zu beherrschen. Das erste war die Tokamak-Annäherung, die in der Sowjetunion entwickelt ist, die Eigenschaften des stellarator und Kneifens verbunden hat, um ein Gerät zu erzeugen, das drastisch auch überboten hat. Die Mehrheit der magnetischen Fusionsforschung ist bis jetzt der Tokamak-Annäherung gefolgt. Gegen Ende der 1960er Jahre wurde das Konzept "der mechanischen" Fusion durch den Gebrauch von Lasern in den Vereinigten Staaten entwickelt, und Lawrence Livermore hat ihre Aufmerksamkeit von Spiegeln bis Laser mit der Zeit geschaltet.

Zivilanwendungen werden noch entwickelt. Obwohl man weniger als zehn Jahre für die Spaltung gebraucht hat, um von militärischen Anwendungen bis Zivilspaltungsenergieproduktion zu gehen, ist es im Fusionsenergiefeld sehr verschieden gewesen; mehr als fünfzig Jahre sind bereits gegangen, seitdem die erste Fusionsreaktion stattgefunden hat und sechzig Jahre seit den ersten Versuchen, kontrollierte Fusionsmacht, ohne jede kommerzielle Fusionsenergieproduktionsstätte eintretend in Operation zu erzeugen.

Magnetische Eindämmung

Kneifen-Geräte

Ein Hauptgebiet der Studie in der frühen Fusionsmacht-Forschung ist das "Kneifen"-Konzept. Kneifen basiert auf der Tatsache, die die plasmas elektrisch führen. Durch das Laufen eines Stroms durch das Plasma wird ein magnetisches Feld um das Plasma erzeugt. Dieses Feld, gemäß dem Gesetz von Lenz, wird eine innerliche geleitete Kraft schaffen, die das Plasma veranlasst, nach innen zusammenzubrechen, seine Dichte erhebend. Dichtere plasmas erzeugen dichtere magnetische Felder, die innerliche Kraft vergrößernd, zu einer Kettenreaktion führend. Wenn die Bedingungen richtig sind, kann das zu den Dichten und für die Fusion erforderlichen Temperaturen führen. Der Trick bekommt den Strom ins Plasma; das wird durch das Verursachen des Stroms von einem Außenmagnet gelöst, der auch das Außenfeld die inneren Feldtaten dagegen erzeugt.

Kneifen wurde zuerst im Vereinigten Königreich im unmittelbaren Nachkriegszeitalter entwickelt. Das Starten 1947 kleiner Experimente wurde ausgeführt, und Pläne wurden gelegt, um eine viel größere Maschine zu bauen. Wenn die Ergebnisse von Huemul die Nachrichten, James L. Tuck schlagen, hat ein Physiker des Vereinigten Königreichs, der an Los Alamos arbeitet, das Kneifen-Konzept in den Vereinigten Staaten eingeführt und hat eine Reihe von als Perhapsatron bekannten Maschinen erzeugt. In der Sowjetunion, eine Reihe von ähnlichen Maschinen wurde gebaut, im Westen unbekannt. Alle diese Geräte haben schnell eine Reihe von Instabilitäten in der Fusion demonstriert, als das Kneifen angewandt wurde, der die Plasmasäule zerbrochen hat, lange bevor es die Dichten und für die Fusion erforderlichen Temperaturen erreicht hat. 1953 haben Tuck und andere mehrere Lösungen dieser Probleme vorgeschlagen.

Das größte "klassische" Kneifen-Gerät war der ZETA, einschließlich aller dieser Steigungen, Startoperationen im Vereinigten Königreich 1957. Anfang 1958 hat John Cockcroft bekannt gegeben, dass Fusion im ZETA, eine Ansage erreicht worden war, die Überschriften um die Welt gemacht hat. Als Physiker in den Vereinigten Staaten Sorgen über die Ansprüche ausgedrückt haben, wurden sie am Anfang entlassen. Jedoch haben US-Experimente dieselben Neutronen demonstriert, obwohl Maße darauf hingewiesen haben, dass diese von Fusionsreaktionen nicht sein konnten. Die im Vereinigten Königreich gesehenen Neutronen wurden später demonstriert, um von verschiedenen Versionen derselben Instabilitätsprozesse zu sein, die frühere Maschinen geplagt haben. Cockcroft wurde gezwungen, die Fusionsansprüche zurückzunehmen, die das komplette Feld seit Jahren verdorben haben. ZETA hat seine Experimente 1968 und die meisten anderen Kneifen-Experimente beendet, die kurz danach beendet sind.

1974 hat eine Studie der ZETA-Ergebnisse eine interessante Nebenwirkung demonstriert; nachdem die experimentellen Läufe geendet haben, würde das Plasma in eine kurze Periode der Stabilität eingehen. Das hat zum umgekehrten Feldkneifen-Konzept geführt, das ein Niveau der Entwicklung seitdem gesehen hat. Die neue Arbeit am grundlegenden Konzept hat infolge des Äußeren des "" Reihe-Leitungskonzepts in den 1980er Jahren angefangen, das einen effizienteren Gebrauch dieser Technik erlaubt hat. Das Sandia Nationale Laboratorium führt ein ständiges Leitungsreihe-Forschungsprogramm mit der Maschine von Zpinch. Außerdem hat die Universität von Washingtons Laboratorium von ZaP ruhige Perioden der Stabilität Hunderte von Zeiten gezeigt, die länger sind als, erwartet für Plasma in einer Z-Kneifen-Konfiguration, Versprechung zur Beschränkungstechnik gebend.

Inszeniertes Z-Kneifen

1995 wurde das inszenierte Z-Kneifen-Konzept von einer Mannschaft des Wissenschaftlers von der Universität Kaliforniens Irvine (UCI) eingeführt. Dieses Schema kann eine der gefährlichsten Instabilität kontrollieren, die normalerweise herkömmliches Z-Kneifen vor der Endimplosion auflösen. Das Konzept basiert auf einer komplizierten Last von mit einem Zielplasma eingebettetem Strahlungsüberseedampfer-Plasma. Während der Implosion wird die Außenoberfläche des Überseedampfer-Plasmas nicht stabil, aber das Zielplasma bleibt bemerkenswert stabil herauf bis die Endimplosion, eine sehr hohe Energiedichte stabiles Zielplasma erzeugend. Die Heizungsmechanismen sind Stoß-Heizung, adiabatische Kompression und das Abfangen von Anklage-Partikeln, die in der Fusionsreaktion wegen eines sehr starken magnetischen Feldes erzeugt sind, das sich zwischen dem Überseedampfer und dem Ziel entwickelt.

Früh magnetische Annäherungen

Das amerikanische Fusionsprogramm hat 1951 begonnen, als Lyman Spitzer Arbeit an einem stellarator laut des Deckname-Projektes Matterhorn begonnen hat. Seine Arbeit hat zur Entwicklung des Plasmaphysik-Laboratoriums von Princeton geführt, wo magnetisch beschränkt, werden plasmas noch studiert. Spitzer hat ein aggressives Entwicklungsprojekt von vier Maschinen, A, B, C, und D geplant. A und B waren kleine Forschungsgeräte, C würde der Prototyp einer Macht erzeugenden Maschine sein, und D würde der Prototyp eines kommerziellen Geräts sein. Ein bearbeiteter ohne Problem, aber sogar zu dieser Zeit B wurde verwendet es war klar, dass der stellarator auch unter Instabilitäten und Plasmaleckage litt. Der Fortschritt auf C hat sich verlangsamt, weil Versuche gemacht wurden, für diese Probleme zu korrigieren.

An Lawrence Livermore war der magnetische Spiegel die bevorzugte Annäherung. Der Spiegel hat aus zwei großen eingeordneten Magneten bestanden, so hatten sie starke Felder innerhalb ihrer und einen schwächeren, aber, haben Feld zwischen ihnen in Verbindung gestanden. Plasma, das im Gebiet zwischen den zwei Magneten eingeführt ist, würde zurück" von den stärkeren Feldern in der Mitte "springen. Obwohl das Design Plasma durch die Spiegel durchlassen würde, würde die Rate der Leckage niedrig genug sein, dass eine nützliche Fusionsrate aufrechterhalten werden konnte. Die Einfachheit des Designs hat seine niedrigere Leistung wettmachen sollen. In der Praxis hat der Spiegel auch unter mysteriösen Leckage-Problemen gelitten, und hat nie die erwartete Leistung erreicht.

Pistole-Klub, MHD, Instabilität; Fortschritt verlangsamt sich

Durch die Mitte der 1950er Jahre war es klar, dass die einfachen theoretischen Werkzeuge, die pflegen werden, die Leistung aller Fusionsmaschinen zu berechnen, einfach ihr wirkliches Verhalten nicht voraussagten. Maschinen haben unveränderlich ihr Plasma von ihrem Beschränkungsgebiet an Raten viel höher durchgelassen als vorausgesagt.

1954 hat Edward Teller ein Sammeln von Fusionsforschern am Pistole-Klub von Princeton, in der Nähe vom Projektmatterhorn (jetzt bekannt als Projekt Sherwood) Boden gehalten. Angefangener Teller, indem er auf die Probleme hingewiesen hat, die jeder hatte, und dass jedes System vorgeschlagen hat, wo das Plasma innerhalb von konkaven Feldern beschränkt wurde, war verloren zu scheitern. Anwesende erinnern sich an ihn, etwas sagend des Inhalts, dass die Felder Gummibändern ähnlich gewesen sind, und sie versuchen würden, zurück zu einer geraden Konfiguration zu schnappen, wann auch immer die Macht vergrößert wurde, das Plasma vertreibend. Er hat fortgesetzt zu sagen, dass es geschienen ist, dass die einzige Weise, das Plasma in einer stabilen Konfiguration zu beschränken, konvexe Felder, eine "Spitze"-Konfiguration würde verwenden sollen.

Als die Sitzung aufgehört hat, haben sich die meisten Forscher schnell Papiere erwiesen, die sagen, warum die Sorgen des Erzählers für ihr besonderes Gerät nicht gegolten haben. Die Kneifen-Maschinen haben magnetische Felder auf diese Weise überhaupt nicht verwendet, während der Spiegel und stellarator geschienen sind, verschiedene Auswege zu haben. Jedoch wurde dem bald von einem Vortrag von Martin David Kruskal und Martin Schwarzschild gefolgt, der Kneifen-Maschinen bespricht, die demonstriert haben, dass Instabilitäten in jenen Geräten zum Design innewohnend waren.

Eine Reihe von ähnlichen Studien ist gefolgt, die vereinfachten Theorien vorher verwendet aufgebend und eine volle Rücksicht von magnetohydrodynamics mit einem teilweise widerspenstigen Plasma einführend. Diese Konzepte haben sich schnell, und bis zum Anfang der 1960er Jahre entwickelt es war klar, dass kleine Geräte einfach nicht arbeiten würden. Eine Reihe von viel größeren und komplizierteren Geräten ist gefolgt, weil Forscher versucht haben, Feld auf das Feld hinzuzufügen, um die erforderliche Feldkraft zur Verfügung zu stellen, ohne die nicht stabilen Regime zu erreichen. Wie gekostet, und ist Kompliziertheit geklettert, der anfängliche Optimismus des Fusionsfeldes ist verwelkt.

Der tokamak wird bekannt gegeben

Eine neue Annäherung wurde in den theoretischen Arbeiten entworfen, die in 1950-1951 durch erfüllt sind D. H. Tamm und A.D. Sakharov in der Sowjetunion, die zuerst eine tokamak ähnliche Annäherung besprochen hat. Die experimentelle Forschung über diese Designs hat 1956 am Institut von Kurchatov in Moskau durch eine Gruppe von sowjetischen von Lev Artsimovich geführten Wissenschaftlern begonnen. Der tokamak hat im Wesentlichen ein Kneifen-Gerät der niedrigen Macht mit einer niedrigen Macht einfacher stellarator verbunden. Der Schlüssel war, die Felder auf solche Art und Weise zu verbinden, dass die Partikeln um den Reaktor eine besondere Zahl von Zeiten verwunden, die heute als der "Sicherheitsfaktor" bekannt sind. Die Kombination dieser Felder hat drastisch Beschränkungszeiten und Dichten verbessert, auf riesige Verbesserungen über vorhandene Geräte hinauslaufend.

Die Gruppe hat den ersten tokamaks, das erfolgreichste Wesen gebaut der t-3 und seine größere Version t-4. t-4 wurden 1968 in Novosibirsk geprüft, die erste quasistationäre thermonukleare Fusionsreaktion jemals erzeugend. Der tokamak war drastisch effizienter als die anderen Annäherungen dieses Zeitalters auf der Ordnung von 10 bis 100 Malen. Als sie zuerst bekannt gegeben wurden, war die internationale Gemeinschaft hoch skeptisch. Jedoch wurde eine britische Mannschaft eingeladen, t-3 zu sehen, und es eingehend gemessen, haben sie ihre Ergebnisse veröffentlicht, die die sowjetischen Ansprüche bestätigt haben. Ein Ausbruch von Tätigkeit ist gefolgt, weil viele geplante Geräte aufgegeben wurden und neue tokamaks in ihrem Platz eingeführt wurden — wurde das C Modell stellarator, dann im Bau nach vielen Umgestaltungen, zum Symmetrischen Tokamak schnell umgewandelt, und der stellarator wurde aufgegeben.

Im Laufe der 1970er Jahre und der 80er Jahre wurden große Schritte im Verstehen des tokamak Systems gemacht. Mehrere Verbesserungen zum Design sind jetzt ein Teil des "fortgeschrittenen tokamak" Konzept, das Nichtrundschreiben plasmas, innere Ablenker und Begrenzer einschließt, häufig Magnete superführend, und funktionieren Sie in der so genannten "H-Weise"-Insel der vergrößerten Stabilität. Zwei andere Designs sind auch ziemlich gut studiert geworden; der kompakte tokamak wird mit den Magneten innerhalb des Vakuumraums angeschlossen, während der kugelförmige tokamak seine böse Abteilung so viel wie möglich reduziert.

Der tokamak beherrscht moderne Forschung, wo, wie man erwartet, sehr große Geräte wie ITER mehrere Meilensteine zur kommerziellen Energieerzeugung, einschließlich eines brennenden Plasmas mit langen Brandwunde-Zeiten, hoher Macht-Produktion passieren, und online Brennstoff zu liefern. Es gibt keine Garantien, dass das Projekt erfolgreich sein wird; vorherige Generationen von tokamak Maschinen haben neue Probleme oft aufgedeckt. Aber das komplette Feld der hohen Temperatur plasmas wird jetzt viel besser verstanden als früher, und es gibt beträchtlichen Optimismus, dass ITER seine Absichten entsprechen wird. Wenn erfolgreich, würde ITER von einem "kommerziellen Demonstranten" System gefolgt, das im Zweck zu den sehr frühsten Macht erzeugenden Spaltungsreaktoren ähnlich ist, die im Zeitalter vor der breiten Skala gebaut sind, die die kommerzielle Aufstellung von größeren Maschinen in den 1960er Jahren und 1970er Jahren angefangen hat.

Sogar mit diesen entsprochenen Absichten gibt es mehrere Haupttechnikprobleme restlich, namentlich passende "niedrige Tätigkeit" Materialien für den Reaktoraufbau findend, sekundäre Systeme einschließlich der praktischen Tritium-Förderung demonstrierend, und Reaktordesigns bauend, die ihrem Reaktorkern erlauben, entfernt zu werden, wenn seine Materialien embrittled wegen des Neutronflusses werden. Praktische kommerzielle auf dem tokamak Konzept gestützte Generatoren sind in der Zukunft weit. Das Publikum ist auf freiem Fuß enttäuscht gewesen, weil die anfänglichen Aussichten für praktische Fusionskraftwerke viel rosiger waren; eine Druckschrift von den 1970er Jahren, die durch den Atomaren Allgemeinen gedruckt sind, hat festgestellt, dass ", wie man erwartet, mehrere kommerzielle Fusionsreaktoren vor dem Jahr 2000 online sind."

Trägheits(laser)-Eindämmung

Die Technik der Implosion einer Mikrokapsel, die durch Laserbalken, die Basis der Laserträgheitsbeschränkung bestrahlt ist, wurde zuerst 1962 von Wissenschaftlern an Lawrence Livermore Nationales Laboratorium kurz nach der Erfindung des Lasers selbst 1960 angedeutet. Laser des Zeitalters waren auf niedriger Stufe, aber sehr Niedrigenergieforschung mit ihnen dennoch hat schon in 1965 angefangen. Ein großer Fortschritt im Feld war das 1972-Papier von John Nuckolls, dass Zünden Laser von ungefähr 1 kJ und effiziente Brandwunde verlangen würde, die ungefähr 1 MJ. kJ Laser gerade außer dem Stand der Technik zurzeit und seinem von einem enormen Entwicklungsaufwand befeuerten Papier war, Geräte der erforderlichen Macht zu erzeugen.

Frühe Maschinen haben eine Vielfalt von Annäherungen verwendet, um eines von zwei Problemen anzugreifen — einige haben sich auf schnelle Übergabe der Energie konzentriert, während sich andere mehr für die Balken-Glätte interessiert haben. Beide waren Versuche sicherzustellen, dass die Energieübergabe glatt genug sein würde, um eine gleiche Implosion zu verursachen. Jedoch haben diese Experimente ein ernstes Problem demonstriert; Laserwellenlängen im Infrarotgebiet haben einen enormen Betrag der Energie vor dem Zusammendrücken des Brennstoffs verloren.

Wichtige Durchbrüche in dieser Lasertechnologie wurden am Laboratorium für Laserenergetics an der Universität von Rochester gemacht, wo Wissenschaftler frequenzverdreifachende Kristalle verwendet haben, um die Infrarotlaserbalken in ultraviolette Balken umzugestalten. Bis zum Ende der 1970er Jahre waren große Schritte in der Lasermacht gemacht worden, aber mit jeder Zunahme wurden neue Probleme in der Implosionstechnik gefunden, die darauf hingewiesen hat, dass noch mehr Macht erforderlich wäre. Vor den 1980er Jahren waren diese Zunahmen so groß, dass das Verwenden des Konzepts, um Nettoenergie zu erzeugen, entfernt geschienen ist.

Der grösste Teil der Forschung in diesem Feld hat sich Waffenforschung, immer eine zweite Linie der Forschung zugewandt, weil das Implosionskonzept der Wasserstoffbombe-Operation etwas ähnlich ist. Die Arbeit an sehr großen Versionen hat infolgedessen mit der sehr großen Nationalen Zünden-Möglichkeit im amerikanischen und Lasermégajoule in Frankreich weitergegangen, das diese Forschungsprogramme unterstützt.

Neuere Arbeit hatte demonstriert, dass bedeutende Ersparnisse in der erforderlichen Laserenergie das mögliche Verwenden einer als "schnelles Zünden bekannten Technik" sind. Die Ersparnisse sind so dramatisch, dass das Konzept scheint, eine nützliche Technik für die Energieproduktion wieder so viel zu sein, so dass es ein ernster Wettbewerber um die vorkommerzielle Entwicklung ist. Es gibt Vorschläge, eine experimentelle Möglichkeit zu bauen, die der schnellen Zünden-Annäherung gewidmet ist, bekannt als HiPER. Zur gleichen Zeit scheinen Fortschritte in Lasern des festen Zustands, die "Fahrer"-Systemleistungsfähigkeit vor ungefähr zehnmal zu verbessern (zu 10 - 20 %), Ersparnisse, die sogar die großen "traditionellen" Maschinen fast praktisch machen, und das schnelle Zünden-Konzept die magnetischen Annäherungen in der weiteren Entwicklung könnten ausstechen lassen.

Das laserbasierte Konzept ist im Vorteil. Der Reaktorkern wird größtenteils, im Vergleich mit dem wickeln in einen riesigen Magnet als im tokamak ausgestellt. Das macht das Problem der umziehenden Energie vom System etwas einfacher, und sollte bedeuten, dass ein laserbasiertes Gerät viel leichter sein würde, Wartung auf wie Kernersatz durchzuführen. Zusätzlich berücksichtigt der Mangel an starken magnetischen Feldern eine breitere Vielfalt von Materialien der niedrigen Aktivierung einschließlich der Kohlenstoff-Faser, die sowohl die Frequenz solcher Neutronaktivierungen als auch die Rate des Ausstrahlens zum Kern reduzieren würde. Auf andere Weisen hat das Programm viele derselben Probleme wie der tokamak; praktische Methoden der Energieeliminierung und Tritium-Wiederverwertung müssen demonstriert werden.

Andere Annäherungen

Im Laufe der Jahre hat es ein großes Angebot an Fusionskonzepten gegeben. Im Allgemeinen fallen sie in drei Gruppen — diejenigen, die versuchen, hohe Temperatur/Dichte seit kurzen Zeiten (Kneifen, Trägheitsbeschränkung), diejenigen zu erreichen, die an einem unveränderlichen Staat (magnetische Beschränkung) oder diejenigen funktionieren, die keinen aburteilen und stattdessen versuchen, niedrige Mengen der Fusion zu erzeugen, aber so an äußerst niedrigen Kosten zu tun. Die letzte Gruppe ist größtenteils verschwunden, weil die Schwierigkeiten, Fusion zu erreichen, demonstriert haben, dass jedes Gerät der niedrigen Energie kaum Nettogewinn erzeugen wird. Das verlässt die zwei Hauptannäherungen, magnetisch und Laser Trägheits-als die Hauptsysteme für die Entwicklungsfinanzierung. Jedoch setzen abwechselnde Annäherungen fort, entwickelt zu werden und abzuwechseln, Nichtmacht-Fusionsgeräte sind ebenso erfolgreich entwickelt worden.

Technisch lebensfähig

Philo T. Farnsworth, der Erfinder des ersten vollelektronischen Fernsehsystems 1927, hat sein erstes Design von Fusor 1968, ein Gerät patentiert, das elektrostatische Trägheitsbeschränkung verwendet. Dieses System besteht größtenteils aus zwei konzentrischem kugelförmigem elektrischem Bratrost innerhalb eines Vakuumraums, in den ein kleiner Betrag des Fusionsbrennstoffs eingeführt wird. Die Stromspannung über den Bratrost veranlasst den Brennstoff, um sie in Ionen zu zerfallen, und positiv beladene Ionen werden zum Zentrum des Raums beschleunigt. Jene Ionen können kollidieren und mit Ionen durchbrennen, die aus der anderen Richtung kommen, können sich ohne das Schmelzen zerstreuen, oder können direkt durch gehen.

In den letzten zwei Fällen werden die Ionen dazu neigen, durch das elektrische Feld angehalten und zum Zentrum wiederbeschleunigt zu werden. Fusors kann auch Ion-Pistolen aber nicht elektrischen Bratrost verwenden. Zum Ende der 1960er Jahre hat Robert Hirsch eine Variante von als Hirsch-Meeks fusor bekanntem Farnsworth Fusor entworfen. Diese Variante ist eine beträchtliche Verbesserung über das Design von Farnsworth und ist im Stande, Neutronfluss in der Ordnung von einer Milliarde Neutronen pro Sekunde zu erzeugen. Obwohl die Leistungsfähigkeit zuerst sehr niedrig war, gab es Hoffnungen das Gerät konnte hoch geschraubt werden, aber fortlaufende Entwicklung hat demonstriert, dass diese Annäherung für große Maschinen unpraktisch sein würde.

Dennoch konnte Fusion mit einem "Laboratorium Bank" Spitzentyp aufgestellt zum ersten Mal an minimalen Kosten erreicht werden. Dieser Typ von fusor hat seine erste Anwendung als ein tragbarer Neutrongenerator gegen Ende der 1990er Jahre gefunden. Eine automatisierte gesiegelte Reaktionsraum-Version dieses Geräts, gewerblich genannter Fusionstar wurde durch EADS entwickelt, aber 2001 verlassen. Sein Nachfolger ist der NSD-Fusionsneutrongenerator.

Robert W. Bussard Polygut ist Konzept diesem von Fusor grob ähnlich, aber ersetzt den problematischen Bratrost durch eine magnetisch enthaltene Elektronwolke, die die Elektronen in der Position hält und ein beschleunigendes Potenzial zur Verfügung stellt. Polygut besteht aus Elektromagnet-Rollen, die in einer polyedrischen Konfiguration eingeordnet sind und positiv zu zwischen mehreren Zehnen und niedrigen Hunderten von Kilovolt beladen sind. Dieses beladene magnetische Polyeder wird MaGrid (Magnetischer Bratrost) genannt.

Elektronen werden außerhalb "quasikugelförmigen" MaGrid eingeführt und werden in MaGrid wegen des elektrischen Feldes beschleunigt, das einer magnetischen Flasche ähnlich ist. Innerhalb von MaGrid beschränken magnetische Felder die meisten Elektronen und diejenigen, die Flucht durch das elektrische Feld behalten werden. Diese Konfiguration fängt die Elektronen in der Mitte des Geräts, sie in der Nähe vom Zentrum einstellend, um eine virtuelle Kathode (negatives elektrisches Potenzial) zu erzeugen.

Die virtuelle Kathode beschleunigt sich und Grenzen die zu verschmelzenden Ionen, der, abgesehen von minimalen Verlusten, nie die physische Struktur von MaGrid erreichen. Bussard hatte eine Fusionsrate von 10 pro Sekunde Laufen D-D Fusionsreaktionen an nur 12.5 kV gemeldet, die auf dem Ermitteln von insgesamt neun Neutronen in fünf Tests gestützt sind. Bussard hat eine hoch geschraubte Version von 2.5-3 M im Durchmesser gefordert, würde an mehr als 100 MW Nettomacht seit Fusionsmacht-Skalen als die vierte Macht des B Feldes und der Würfel der Größe funktionieren.

Ein neues Gebiet der Studie ist das Konzept der mit dem Magnetzünderträgheitsfusion (MIF), das eine Form der Außenträgheitskompression (wie Laser) mit der weiteren Kompression durch einen Außenmagnet (wie Kneifen-Geräte) verbindet. Das magnetische Feld fängt Hitze innerhalb des Trägheitskerns, eine Vielfalt von Effekten verursachend, die Fusionsraten verbessert. Diese Verbesserungen sind relativ gering; jedoch sind die magnetischen Treiber selbst im Vergleich zu Lasern oder anderen Systemen billig. Es gibt Hoffnung für einen süßen Punkt, der der Kombination von Eigenschaften von diesen Geräten erlaubt, niedrige Dichte sondern auch preisgünstige Fusionsgeräte zu schaffen. Ein ähnliches Konzept ist das magnetisierte Zielfusionsgerät, das ein magnetisches Feld in einer Außenmetallschale verwendet, um dieselben grundlegenden Ziele zu erreichen.

Gemäß Eric Lerner findet Fokus-Fusion in einem dichten Plasmafokus statt, der normalerweise aus zwei koaxialen zylindrischen Elektroden besteht, die von Kupfer oder Beryllium gemacht sind und in einem Vakuumraum aufgenommen sind, der ein Unterdruckbenzin enthält, das als der Reaktorbrennstoff verwendet wird. Ein elektrischer Puls wird über die Elektroden angewandt, Heizung und ein magnetisches Feld erzeugend. Der Strom bildet das heiße Benzin in viele Minuskelwirbelwind-Senkrechte zu den Oberflächen der Elektroden, die dann zum Ende der inneren Elektrode zum Kneifen-Und-Drehung davon abwandern, wie winzige Bälle von Plasma plasmoids genannt haben. Der Elektronbalken kollidiert mit dem plasmoid, es zu Fusionstemperaturen heizend. Das wird im Prinzip mehr Energie in den Balken nachgeben, als es eingegeben wurde, um sie zu bilden.

Nichtmacht-Erzeugen-Annäherungen

Eine feinere Technik soll ungewöhnlichere Partikeln verwenden, um Fusion zu katalysieren. Der am besten bekannte von diesen ist muon-katalysierte Fusion, die muons verwendet, die sich etwas wie Elektronen benehmen und die Elektronen um die Atome ersetzen. Diese muons erlauben Atomen, viel näher zu werden und so die kinetische Energie zu reduzieren, die erforderlich ist, Fusion zu beginnen. Muons verlangen mehr Energie zu erzeugen, als es bei der muon-katalysierten Fusion erhalten werden kann, diese für die Generation der Macht unpraktische Annäherung machend.

Die Masse eines muon ist 207mal die Masse eines Elektrons. Muons, deuterons und tritons bilden "schwere" Wasserstoffmoleküle. Wegen der vergrößerten Masse, der Ampere-Sekunde-Barriere-Abnahmen. Diese Fusionsreaktionen können bei Temperaturen so niedrig vorkommen wie Raumtemperatur, und so sind sie auch bekannt als kalte Fusionsreaktionen, aber sie sollten mit Fleischmann und Pons "kalte Fusion" nicht verwirrt sein.

Im April 2005 hat eine Mannschaft von UCLA bekannt gegeben, dass es eine Weise ausgedacht hatte, Fusion mit einer Maschine zu erzeugen, die "auf einer Laboratorium-Bank", mit Lithium tantalate passt, um genug Stromspannung zu erzeugen, um Atome des schweren Wasserstoffs zusammen zu zerschlagen. Jedoch erzeugt der Prozess Nettomacht nicht (sieh Fusion von Pyroelectric). Solch ein Gerät würde in derselben Sorte von Rollen als der fusor nützlich sein.

Unkonventionelle Annäherungen

Einige Wissenschaftler haben Überhitze, Neutronen, Tritium, Helium und andere Kerneffekten in so genannten kalten Fusionssystemen gemeldet, die einige Zeit Interesse als zeigend Versprechung gewonnen haben. Hoffnungen sind gefallen, als Erwiderungsmisserfolge im Hinblick auf mehrere Gründe gewogen wurden, wird Kälte-Fusion wahrscheinlich, die Entdeckung von möglichen Quellen des experimentellen Fehlers, und schließlich die Entdeckung nicht vorkommen, dass Fleischmann und Pons Kernreaktionsnebenprodukte nicht wirklich entdeckt hatten. Bis zum Ende 1989 haben die meisten Wissenschaftler kalte Fusionsansprüche gedacht tote und kalte Fusion hat nachher einen Ruf als pathologische Wissenschaft gewonnen.

Jedoch setzt eine kleine Gemeinschaft von Forschern fort, kalte Fusion zu untersuchen, die behauptet, Fleishmann und die Ergebnisse von Pons einschließlich Kernreaktionsnebenprodukte zu wiederholen. Mit der kalten Fusion verbundene Ansprüche werden in der wissenschaftlichen Hauptströmungsgemeinschaft größtenteils bezweifelt. 1989 hat die Mehrheit einer vom amerikanischen Energieministerium (DOE) organisierten Rezensionstafel gefunden, dass die Beweise für die Entdeckung eines neuen Kernprozesses nicht überzeugend waren. Eine zweite HIRSCHKUH-Rezension, einberufen 2004, um auf die neue Forschung zu schauen, ist zum ersten ähnlichen Schlüssen gelangen.

Die Forschung in die Sonolumineszenz hat Fusion veranlasst, die manchmal als "Luftblase-Fusion" bekannt ist, auch geht weiter, obwohl es mit so viel Skepsis entsprochen wird, wie kalte Fusion durch den grössten Teil der wissenschaftlichen Gemeinschaft ist.

Schlüsseldesigngebiete

Beschränkung

Beschränkung verweist auf alle Bedingungen, die notwendig sind, ein Plasma zu halten, dicht und heiß lange genug, um Fusion zu erleben:

• Gleichgewicht: Es muss keine Nettokräfte auf jedem Teil des Plasmas geben, sonst wird es schnell auseinander nehmen. Die Ausnahme ist natürlich Trägheitsbeschränkung, wo die relevante Physik schneller vorkommen muss als die Zerlegungszeit.
• Stabilität: Das Plasma muss so gebaut werden, dass kleine Abweichungen zum anfänglichen Staat wieder hergestellt werden, sonst wird etwas unvermeidliche Störung vorkommen und exponential wachsen, bis das Plasma zerstört wird.
• Transport: Der Verlust von Partikeln und Hitze in allen Kanälen muss genug langsam sein. Das Wort "Beschränkung" wird häufig im eingeschränkten Sinn der "Energiebeschränkung" verwendet.

Die erste Mensch-gemachte, groß angelegte Fusionsreaktion war der Test der Wasserstoffbombe, Ivy Mike 1952. Als ein Teil des SCHRITTMACHER-Projektes wurde es einmal vorgehabt, Wasserstoffbomben als eine Quelle der Macht durch das Explodieren von ihnen in unterirdischen Höhlen und dann das Erzeugen der Elektrizität von der erzeugten Hitze zu verwenden, aber solch ein Kraftwerk ist jemals unwahrscheinlich, für eine Vielfalt von Gründen gebaut zu werden. Kontrollierte thermonukleare Fusion (CTF) bezieht sich auf die Alternative der dauernden Energieerzeugung, oder mindestens des Gebrauches von Explosionen, die so klein sind, dass sie keinen bedeutenden Teil der Maschine zerstören, die sie erzeugt.

Um Selbstunterstützen-Fusion zu erzeugen, muss die Energie, die durch die Reaktion (oder mindestens ein Bruchteil davon) veröffentlicht ist, verwendet werden, um neue Reaktionspartner-Kerne zu heizen und sie heiß lange genug zu halten, dass sie auch Fusionsreaktionen erleben. Das Behalten der Hitze wird Energiebeschränkung genannt und kann auf mehrere Weisen, Materielle, und Magnetische, Elektrostatische Gravitationsträgheitsbeschränkung vollbracht werden.

Die Wasserstoffbombe hat wirklich keine Beschränkung überhaupt. Dem Brennstoff wird einfach erlaubt, einzeln zu fliegen, aber man braucht eine bestimmte Zeitdauer, um das zu tun, und während dieser Zeit kann Fusion vorkommen. Diese Annäherung wird Trägheitsbeschränkung genannt. Wenn mehr als Milligramm-Mengen des Brennstoffs verwendet (und effizient verschmolzen werden), würde die Explosion die Maschine so theoretisch zerstören, hat thermonukleare Fusion mit der Trägheitsbeschränkung kontrolliert würde mit winzigen Kügelchen des Brennstoffs getan, die mehrere Male eine Sekunde sprengen.

Um die Explosion zu veranlassen, muss das Kügelchen zu ungefähr 30mal fester Dichte mit energischen Balken zusammengepresst werden. Wenn die Balken direkt auf dem Kügelchen eingestellt werden, wird es direkten Laufwerk genannt, der im Prinzip sehr effizient sein kann, aber in der Praxis ist es schwierig, die erforderliche Gleichförmigkeit zu erhalten. Eine alternative Annäherung ist indirekter Laufwerk, in dem die Balken eine Schale heizen, und die Schale Röntgenstrahlen ausstrahlt, die dann das Kügelchen implodieren. Die Balken sind allgemein Laserbalken, aber schwere und leichte Ion-Balken und Elektronbalken sind alle untersucht worden.

Trägheitsbeschränkung erzeugt plasmas mit eindrucksvoll hohen Speicherdichten und Temperaturen und scheint, am besten der Waffenforschung, der Röntgenstrahl-Generation, den sehr kleinen Reaktoren, und vielleicht in der entfernten Zukunft, spaceflight angepasst zu werden. Sie verlangen Kraftstoffkügelchen mit in der Nähe von einer vollkommenen Gestalt, um eine symmetrische innerliche Stoß-Welle zu erzeugen, um das dichte Plasma zu erzeugen, und in der Praxis sich diese schwierig erwiesen haben zu erzeugen.

Eine neue Entwicklung im Feld veranlassten ICF des Lasers ist der Gebrauch des Ultrakurzpulses multi-petawatt Laser, um das Plasma eines implodierenden Kügelchens in genau dem Moment der größten Dichte zu heizen, nachdem es herkömmlich mit terawatt Skala-Laser implodiert wird. Diese Forschung wird auf ausgeführt (zurzeit gebaut werden) OMEGA EP petawatt und OMEGA-Laser an der Universität von Rochester und am Laser von GEKKO XII am Institut für die Lasertechnik in Osaka Japan, dessen, wenn fruchtbar, die Wirkung haben kann außerordentlich abzunehmen, haben die Kosten einer Laserfusion Macht-Quelle gestützt.

Bei den für die Fusion erforderlichen Temperaturen ist der Brennstoff in der Form eines Plasmas mit dem sehr guten elektrischen Leitvermögen. Das öffnet die Möglichkeit, den Brennstoff und die Energie mit magnetischen Feldern, eine als magnetische Beschränkung bekannte Idee zu beschränken. Die Kraft von Lorenz arbeitet nur Senkrechte zum magnetischen Feld, so dass das erste Problem darin besteht, wie man das Plasma davon abhält, die Enden der Feldlinien durchzulassen. Es gibt grundsätzlich zwei Lösungen.

Das erste soll die magnetische Spiegelwirkung verwenden. Wenn Partikeln im Anschluss an eine Feldlinie auf ein Gebiet der höheren Feldkraft stoßen, dann werden einige der Partikeln angehalten und widerspiegelt. Vorteile eines magnetischen Spiegelkraftwerks würden vereinfachter Aufbau und Wartung wegen einer geradlinigen Topologie und des Potenzials sein, um direkte Konvertierung auf eine natürliche Weise anzuwenden, aber die in den Experimenten erreichte Beschränkung war so schwach, dass diese Annäherung im Wesentlichen aufgegeben worden ist.

Die zweite Möglichkeit, Endverluste zu verhindern, soll die Feldlinien zurück auf sich entweder in Kreisen oder allgemeiner in verschachtelten Toroidal-Oberflächen biegen. Das am höchsten entwickelte System dieses Typs ist der tokamak mit dem stellarator als nächstes am fortgeschrittensten, gefolgt vom Umgekehrten Feldkneifen zu sein. Kompakttoroide, besonders die Feldumgekehrte Konfiguration und der spheromak, versuchen, die Vorteile von toroidal magnetischen Oberflächen mit denjenigen einer einfach verbundenen (non-toroidal) Maschine zu verbinden, auf ein mechanisch einfacheres und kleineres Beschränkungsgebiet hinauslaufend. Kompakttoroide haben noch einige begeisterte Unterstützer, aber werden als sogleich von der Mehrheit der Fusionsgemeinschaft nicht unterstützt.

Schließlich gibt es auch elektrostatische Beschränkungsfusionssysteme, in denen Ionen im Reaktionsraum beschränkt und am Zentrum des Geräts durch elektrostatische Kräfte, als im Farnsworth-Hirsch Fusor gehalten werden, der, wie man glaubt, nicht im Stande ist, in ein Kraftwerk entwickelt zu werden. Polygut, eine fortgeschrittene Variante des fusor, hat einen Grad des Forschungsinteresses bezüglich spät gezeigt; jedoch ist die Technologie relativ unreif, und wissenschaftliche Haupt- und Technikfragen bleiben, welche Forscher unter der Schirmherrschaft vom amerikanischen Büro der Marineforschung hoffen, weiter nachzuforschen.

Materialien

Das Entwickeln von Materialien für Fusionsreaktoren ist lange als ein Problem fast so schwierig und wichtig anerkannt worden wie diese der Plasmabeschränkung, aber es hat nur einen Bruchteil der Aufmerksamkeit erhalten. Wie man erwartet, ist der Neutronfluss in einem Fusionsreaktor ungefähr 100mal das in vorhandenen unter Druck gesetzten Wasserreaktoren (PWR). Wie man erwartet, wird jedes Atom in der Decke eines Fusionsreaktors durch ein Neutron geschlagen und über hundertfach versetzt, bevor das Material ersetzt wird. Außerdem werden die energiereichen Neutronen Wasserstoff und Helium in verschiedenen Kernreaktionen erzeugen, das dazu neigt, Luftblasen an Korn-Grenzen zu bilden und auf Schwellung, Blasenbildung oder embrittlement hinauszulaufen. Man möchte auch Materialien wählen, deren primäre Bestandteile und Unreinheiten auf langlebige radioaktive Verschwendung nicht hinauslaufen. Schließlich sind die mechanischen Kräfte und Temperaturen groß, und es kann das häufige Radfahren von beiden geben.

Das Problem wird verschlimmert, weil realistische materielle Tests Proben zu Neutronflüssen eines ähnlichen Niveaus seit einer ähnlichen Zeitdauer als diejenigen ausstellen müssen, die in einem Fusionskraftwerk erwartet sind. Solch eine Neutronquelle wird fast so kompliziert und teuer, wie ein Fusionsreaktor selbst sein würde. Richtige Material-Prüfung wird in ITER, und nicht möglich sein vorgeschlagene Materialien, die Möglichkeit, IFMIF prüfen, waren noch in der Designbühne 2005.

Das Material der Plasmaeinfassungen-Bestandteile (PFC) ist ein spezielles Problem. Die PFC müssen großen mechanischen Lasten nicht widerstehen, so ist Neutronschaden viel weniger von einem Problem. Sie müssen wirklich großen Thermallasten, bis zu 10 MW/m ² widerstehen, der ein schwieriges, aber lösbares Problem ist. Unabhängig vom gewählten Material kann der Hitzefluss nur angepasst werden ohne zu schmelzen, wenn die Entfernung von der Vorderoberfläche bis das Kühlmittel nicht mehr als ein Zentimeter oder zwei ist. Das primäre Problem ist die Wechselwirkung mit dem Plasma. Man kann entweder ein niedriges-Z Material wählen, das durch den Grafit typisch gewesen ist, obwohl zu einigen Zwecken Beryllium, oder ein hohes-Z Material, gewöhnlich Wolfram mit Molybdän als eine zweite Wahl gewählt werden könnte. Der Gebrauch von flüssigen Metallen (Lithium, Gallium, Dose) ist auch z.B durch die Einspritzung von 1-5 Mm dick Strömen vorgeschlagen worden, die an 10 m/s auf festen Substraten fließen.

Wenn Grafit verwendet wird, würden die groben Erosionsraten wegen des physischen und chemischen Spritzens viele Meter pro Jahr sein, so muss man sich auf die Wiederabsetzung des gestotterten Materials verlassen. Die Position der Wiederabsetzung wird mit der Position des Spritzens nicht genau zusammenfallen, so wird man noch mit Erosionsraten verlassen, die untersagend sein können. Ein noch größeres Problem ist das Tritium co-deposited mit dem wiederabgelegten Grafit. Der Tritium-Warenbestand in Grafit-Schichten und Staub in einem Reaktor konnten bis zu viele Kilogramme schnell bauen, eine Verschwendung von Mitteln und einer ernsten radiologischen Gefahr im Falle eines Unfalls vertretend. Die Einigkeit der Fusionsgemeinschaft scheint zu sein, dass Grafit, obwohl ein sehr attraktives Material für Fusionsexperimente, das primäre PFC Material in einem kommerziellen Reaktor nicht sein kann.

Die stotternde Rate des Wolframs durch die Plasmakraftstoffionen ist Größenordnungen, die kleiner sind als dieser von Kohlenstoff, und Tritium wird ins wiederabgelegte Wolfram viel weniger vereinigt, das eine attraktivere Wahl machend. Andererseits sind Wolfram-Unreinheiten in einem Plasma viel zerstörender als Kohlenstoff-Unreinheiten, und das Selbstspritzen des Wolframs kann hoch sein, so wird es notwendig sein sicherzustellen, dass das Plasma im Kontakt mit dem Wolfram (einige Zehnen von eV aber nicht Hunderte von eV) nicht zu heiß ist. Wolfram hat auch Nachteile in Bezug auf Wirbel-Ströme und in außernormalen Ereignissen, sowie einigen radiologischen Problemen schmelzend.

Subsysteme

In der Fusionsforschung, einen Fusionsenergiegewinn-Faktor Q = 1 erreichend, wird Einträglichkeit genannt und wird als ein bedeutender obwohl etwas künstlicher Meilenstein betrachtet. Zünden bezieht sich auf einen unendlichen Q, d. h. ein Selbstunterstützen-Plasma, wo die Verluste durch die Fusionsmacht ohne jeden Außeneingang wettgemacht werden. In einem praktischen Fusionsreaktor wird etwas Außenmacht immer für Dinge wie aktueller Laufwerk, das Tanken, die Profil-Kontrolle und die Brandwunde-Kontrolle erforderlich sein. Ein Wert auf der Ordnung von Q = 20 wird erforderlich sein, wenn das Werk viel mehr Energie liefern soll, als es innerlich verwendet.

Trotz vieler Unterschiede zwischen möglichen Designs des Kraftwerks gibt es mehrere Systeme, die für die meisten üblich sind. Ein Fusionskraftwerk, wie ein Spaltungskraftwerk, wird gewöhnlich in die Kerninsel und das Gleichgewicht des Werks geteilt. Das Gleichgewicht von Pflanzenbekehrten heizt in die Elektrizität über Dampfturbinen; es ist ein Gebiet des konventionellen Musters und im Prinzip ähnlich jedem anderen Kraftwerk, das sich auf die Hitzegeneration, ob Fusion, Spaltung oder gestützter fossiler Brennstoff verlässt.

Die Kerninsel hat einen Plasmaraum mit einem verbundenen Vakuumsystem, das durch plasmagegenüberstehende Bestandteile (die erste Wand und divertor) das Aufrechterhalten der Vakuumgrenze und Aufsaugen der Thermalradiation umgeben ist, die aus dem Plasma kommt, umgeben der Reihe nach durch eine Decke, wo die Neutronen absorbiert werden, um Tritium zu gebären und eine Arbeitsflüssigkeit zu heizen, die die Macht zum Gleichgewicht des Werks überträgt. Wenn magnetische Beschränkung verwendet wird, ist ein Magnet-System, mit in erster Linie kälteerzeugenden Superleiten-Magneten, und gewöhnlich Systeme erforderlich, um das Plasma zu heizen und zu tanken und um Strom zu steuern. In der Trägheitsbeschränkung ist ein Fahrer (Laser oder Gaspedal) und ein sich konzentrierendes System, sowie ein Mittel erforderlich, um die Kügelchen zu bilden und einzustellen.

Obwohl die Standardlösung für die Elektrizitätsproduktion in Fusionskraftwerk-Designs herkömmliche Dampfturbinen mit der durch Neutronen abgelegten Hitze ist, gibt es auch Designs für die direkte Konvertierung der Energie der beladenen Partikeln in die Elektrizität. Diese sind von wenig Wichtigkeit mit einem D-T Kraftstoffzyklus, wo 80 % der Macht in den Neutronen sind, aber mit der aneutronic Fusion unentbehrlich sind, wo weniger als 1 % ist. Direkte Konvertierung ist meistens für unbegrenzte magnetische Konfigurationen wie magnetische Spiegel oder Feldumgekehrte Konfigurationen vorgeschlagen worden, wo beladene Partikeln entlang den magnetischen Feldlinien verloren werden, die dann ausgebreitet werden, um einen großen Bruchteil der zufälligen Energie der Fusionsprodukte in die geleitete Bewegung umzuwandeln. Die Partikeln werden dann auf Elektroden an verschiedenen großen elektrischen Potenzialen gesammelt. Normalerweise ist die geforderte Umwandlungsleistungsfähigkeit im Rahmen 80 %, aber der Konverter kann sich dem Reaktor selbst in der Größe und dem Aufwand nähern.

Sicherheit und die Umgebung

Unfallpotenzial

Es gibt keine Möglichkeit eines katastrophalen Unfalls in einem Fusionsreaktor, der auf Hauptausgabe der Radioaktivität zur Umgebung oder Verletzung zum Nichtpersonal verschieden von modernen Spaltungsreaktoren hinausläuft. Der primäre Grund besteht darin, dass Kernfusion verlangt, dass genau kontrollierte Temperatur, Druck und magnetische Feldrahmen Nettoenergie erzeugt. Wenn der Reaktor beschädigt würde, würden diese Rahmen gestört, und die Hitzegeneration im Reaktor würde schnell aufhören.

Fusionsreaktoren sind in diesem Sinn äußerst sicher, und er macht sie günstig über Spaltungsreaktoren, die im Gegensatz zum Temperaturanstieg durch den Beta-Zerfall seit mehreren Stunden oder sogar wenige Tage nach der Reaktorstilllegung weitergehen, bedeutend, dass das Schmelzen von Kraftstoffstangen sogar möglich ist, nachdem der Reaktor wegen der fortlaufenden Anhäufung der Hitze angehalten worden ist.

Es gibt auch keine Gefahr einer flüchtigen Reaktion in einem Fusionsreaktor, da das Plasma normalerweise an optimalen Bedingungen verbrannt wird, und jede bedeutende Änderung es unfähig machen wird, Überhitze zu erzeugen. In Fusionsreaktoren ist der Reaktionsprozess so fein, dass dieses Niveau der Sicherheit innewohnend ist; kein wohl durchdachter ausfallsicherer Mechanismus ist erforderlich. Obwohl das Plasma in einem Fusionskraftwerk ein Volumen von 1000 Kubikmetern oder mehr haben wird, ist die Dichte des Plasmas äußerst niedrig, und die Summe des Fusionsbrennstoffs im Behälter, ist normalerweise einige Gramme sehr klein. Wenn die Kraftstoffversorgung, der Reaktionshalt innerhalb von Sekunden geschlossen wird. Im Vergleich wird ein Spaltungsreaktor normalerweise mit genug Brennstoff seit einem oder mehreren Jahren geladen, und kein zusätzlicher Brennstoff ist notwendig, um das Reaktionsgehen zu behalten.

In der magnetischen Annäherung werden starke Felder in Rollen entwickelt, die im Platz mechanisch durch die Reaktorstruktur gehalten werden. Der Misserfolg dieser Struktur konnte diese Spannung veröffentlichen und dem Magnet erlauben, äußer "zu explodieren". Die Strenge dieses Ereignisses würde jedem anderen Industrieunfall ähnlich sein, oder eine MRI Maschine löschen/Explosion, und konnte mit einer Eindämmung effektiv angehalten werden, die ähnlich denjenigen baut, die im vorhandenen (Spaltung) Kerngeneratoren verwendet sind. Die lasergesteuerte Trägheitsannäherung ist allgemein niedrigere Betonung. Obwohl der Misserfolg des Reaktionsraums möglich ist, würde einfach das Aufhören der Kraftstoffübergabe jede Sorte des katastrophalen Misserfolgs verhindern.

Die meisten Reaktordesigns verlassen sich auf den Gebrauch von flüssigem Lithium sowohl als ein Kühlmittel als auch als eine Methode, um Streuneutronen von der Reaktion in Tritium umzuwandeln, das zurück in den Reaktor als Brennstoff gefüttert wird. Lithium ist hoch feuergefährlich, und im Fall von einem Feuer ist es möglich, dass das Lithium versorgt hat, vor Ort konnte ganz verbrannt werden und Flucht. In diesem Fall würde der Tritium-Inhalt des Lithiums in die Atmosphäre veröffentlicht, eine Strahlengefahr aufstellend. Jedoch weisen Berechnungen darauf hin, dass die Summe von Tritium und anderem radioaktivem Benzin in einem typischen Kraftwerk, ungefähr 1 Kg so klein sein würde, dass sie zu gesetzlich annehmbaren Grenzen verdünnt hätten, als sie so weit der Einfassungszaun des Werks geblasen haben.

Die Wahrscheinlichkeit von kleinen Industrieunfällen einschließlich der lokalen Ausgabe der Radioaktivität und Verletzung zum Personal kann noch nicht geschätzt werden. Diese würden zufällige Ausgaben von Lithium, Tritium oder dem Misshandeln von stillgelegten radioaktiven Bestandteilen des Reaktors selbst einschließen.

Ausflüsse während der normalen Operation

Das natürliche Produkt der Fusionsreaktion ist ein kleiner Betrag von Helium, das zum Leben völlig harmlos ist. Mehr Sorge ist Tritium, das, wie andere Isotope von Wasserstoff, schwierig ist, völlig zu behalten. Während der normalen Operation wird ein Betrag von Tritium ständig veröffentlicht. Es würde keine akute Gefahr geben, aber die kumulative Wirkung auf die Bevölkerung in der Welt von einer Fusionswirtschaft konnte eine Sache der Sorge sein.

Obwohl Tritium flüchtig und biologisch aktiv ist, ist die durch eine Ausgabe aufgestellte Gesundheitsgefahr viel niedriger als dass von den meisten radioaktiven Verseuchungsstoffen, wegen der kurzen Halbwertzeit von Tritium (12 Jahre), verfallen Sie sehr niedrig Energie (~14.95 keV), und die Tatsache, dass es nicht bioaccumulate tut (stattdessen aus dem Körper als Wasser, mit einer biologischen Halbwertzeit von 7 bis 14 Tagen periodisch wiederholt werden). ITER aktuelle Designs untersuchen Gesamteindämmungsmöglichkeiten für jedes Tritium.

Abfallwirtschaft

Der große Fluss von energiereichen Neutronen in einem Reaktor wird die Strukturmaterialien radioaktiv machen. Der radioaktive Warenbestand bei der Stilllegung kann mit diesem eines Spaltungsreaktors vergleichbar sein, aber es gibt wichtige Unterschiede.

Die Halbwertzeit der durch die Fusion erzeugten Radioisotope neigt dazu, weniger zu sein, als diejenigen von der Spaltung, so dass der Warenbestand schneller abnimmt. Verschieden von Spaltungsreaktoren, deren Verschwendung radioaktiv seit Tausenden von Jahren bleibt, würde der grösste Teil des radioaktiven Materials in einem Fusionsreaktor der Reaktorkern selbst sein, der seit ungefähr 50 Jahren und auf niedriger Stufe Verschwendung weitere 100 gefährlich sein würde. Obwohl diese Verschwendung während jener 50 Jahre beträchtlich radioaktiver sein wird als Spaltungsverschwendung, macht die sehr kurze Halbwertzeit den Prozess sehr attraktiv, weil die Abfallwirtschaft ziemlich aufrichtig ist. Um 300 Jahre würde das Material dieselbe Radioaktivität wie Kohlenasche haben.

Zusätzlich wird die Wahl von in einem Fusionsreaktor verwendeten Materialien weniger beschränkt als in einem Spaltungsdesign, wo viele Materialien für ihre spezifischen Neutronquerschnitte erforderlich sind. Das erlaubt einem Fusionsreaktor, mit Materialien entworfen zu werden, die spezifisch ausgewählt werden, um "niedrige Aktivierung", Materialien zu sein, die radioaktiv nicht leicht werden. Vanadium würde zum Beispiel viel weniger radioaktiv werden als rostfreier Stahl. Kohlenstoff-Faser-Materialien sind auch niedrige Aktivierung, sowie stark und leicht zu sein, und sind ein viel versprechendes Gebiet der Studie für Laserträgheitsreaktoren, wo ein magnetisches Feld nicht erforderlich ist.

Allgemein würden Fusionsreaktoren viel weniger radioaktives Material schaffen als ein Spaltungsreaktor, das Material, das es schaffen würde, ist biologisch weniger zerstörend, und die Radioaktivität "brennt" innerhalb eines Zeitabschnitts "ab", der gut innerhalb von vorhandenen Technikfähigkeiten ist.

Kernproliferation

Obwohl Fusionsmacht Kerntechnik verwendet, ist das Übergreifen mit der Kernwaffentechnologie klein. Tritium ist ein Bestandteil des Abzugs von Wasserstoffbomben, aber nicht ein Hauptproblem in der Produktion. Die reichlichen Neutronen von einem Fusionsreaktor konnten verwendet werden, um Plutonium für eine Atombombe, aber nicht ohne umfassende Umgestaltung des Reaktors zu gebären, so dass Produktion schwierig sein würde zu verbergen. Die theoretischen und rechenbetonten für das Wasserstoffbombe-Design erforderlichen Werkzeuge sind nah mit denjenigen verbunden, die für die Trägheitsbeschränkungsfusion erforderlich sind, aber haben sehr wenig genau wie die mehr wissenschaftlich entwickelte magnetische Beschränkungsfusion.

Als eine nachhaltige Energiequelle

Groß angelegte Reaktoren mit neutronic Brennstoffe (z.B. ITER), und Thermalenergieerzeugung (Turbine gestützt) sind mit der Spaltungsmacht von einer Technik und Wirtschaftgesichtspunkt am vergleichbarsten. Sowohl Spaltung als auch Fusionskraftwerke schließen eine relativ kompakte Hitzequelle ein, die einen herkömmlichen Dampf turbinenbasiertes Kraftwerk antreibt, während sie genug Neutronradiation erzeugen, um Aktivierung der Pflanzenmaterialien problematisch zu machen. Die Hauptunterscheidung ist, dass Fusionsmacht keine radioaktive Verschwendung auf höchster Ebene erzeugt (obwohl über aktivierte Pflanzenmaterialien noch verfügt werden muss). Es gibt einige Kraftwerk-Ideen, die bedeutsam tiefer die Kosten oder Größe solcher Werke können; jedoch ist die Forschung in diesen Gebieten nirgends nahe so fortgeschritten wie in tokamaks.

Fusionsmacht schlägt allgemein den Gebrauch von schwerem Wasserstoff, ein Isotop von Wasserstoff vor, weil Brennstoff und in vielen aktuellen Designs auch Lithium verwendet. Wenn sie eine Fusionsenergieproduktion annehmen, die bis 1995 globale Macht-Produktion von ungefähr 100 EJ/yr (= 1 x 10 J/yr) gleich ist, und dass das in der Zukunft dann nicht zunimmt, würden die bekannten aktuellen Lithiumreserven 3000 Jahre dauern, das Lithium von Seewasser würde 60 Millionen Jahre dauern, und ein mehr komplizierter Fusionsprozess mit nur schweren Wasserstoff von Seewasser würde Brennstoff seit 150 Milliarden Jahren haben. Um das im Zusammenhang zu stellen, sind 150 Milliarden Jahre mehr als zehnmal das zurzeit gemessene Alter des Weltalls, und sind 30mal der restlichen Lebensspanne der Sonne nah.

Volkswirtschaft

Während Fusionsmacht noch in frühen Stufen der Entwicklung ist, sind wesentliche Summen gewesen und setzen fort, in der Forschung investiert zu werden. In der EU wurden fast € 10 Milliarden für die Fusionsforschung bis zum Ende der 1990er Jahre ausgegeben, und der neue ITER Reaktor allein wird an € 10 Milliarden vorgesehen. Es wird geschätzt, dass bis zum Punkt der möglichen Durchführung der Elektrizitätsgeneration durch die Kernfusion, R&D weitere Promotion brauchen wird, die sich auf ungefähr € 60-80 Milliarden über eine Zeitdauer von ungefähr 50 Jahren (der € 20-30 Milliarden innerhalb der EU) gestützt auf einem Bericht von 2002 beläuft. Kernfusionsforschung erhält € 750 Millionen (ITER ausschließend, der finanziell unterstützt), im Vergleich zu € 810 Millionen für die ganze Energieforschung ohne Atomwaffen verbundene, stellende Forschung in die Fusionsmacht gut vor dieser jeder einzelnen Rivalisieren-Technologie.

Vorteile

Fusionsmacht würde viel mehr Energie für ein gegebenes Gewicht des Brennstoffs zur Verfügung stellen als jede Technologie zurzeit im Gebrauch, und der Brennstoff selbst (in erster Linie schwerer Wasserstoff) besteht reichlich im Ozean der Erde: Ungefähr ist jedes 6500. Wasserstoffatom im Meerwasser schwerer Wasserstoff. Obwohl das ein niedriges Verhältnis (ungefähr 0.015 %) scheinen kann, weil Kernfusionsreaktionen so viel energischer sind, als chemisches Verbrennen und Meerwasser zum Zugang leichter und reichlicher sind als fossile Brennstoffe, konnte Fusion die Energiebedürfnisse in der Welt seit Millionen von Jahren potenziell liefern.

Trotz, technisch nichterneuerbar zu sein, hat Fusionsmacht viele der Vorteile von erneuerbaren Energiequellen (solcher als seiend eine langfristige Energieversorgung und keine Treibhausgase ausstrahlend), sowie einige der Vorteile der quellenbeschränkten Energiequellen als Kohlenwasserstoffe und Atomspaltung (ohne neu zu bearbeiten). Wie diese zurzeit dominierenden Energiequellen konnte Fusion sehr hohe Energieerzeugungsdichte und ununterbrochene Macht-Übergabe zur Verfügung stellen (auf Grund dessen, dass es vom Wetter, verschieden vom Wind und der Sonnenmacht nicht abhängig ist).

Ein anderer Aspekt der Fusionsenergie ist, dass die Produktionskosten unter diseconomies der Skala nicht leiden. Die Kosten von Wasser und Windkraft steigen zum Beispiel, weil die optimalen Positionen zuerst entwickelt werden, während weitere Generatoren in weniger idealen Bedingungen gelegt werden müssen. Mit der Fusionsenergie werden die Produktionskosten viel nicht zunehmen, selbst wenn die große Anzahl von Werken gebaut wird.

Einige Probleme, die, wie man erwartet, ein Problem in diesem Jahrhundert wie Süßwasser-Knappheit sind, können als Probleme der Energieversorgung wechselweise betrachtet werden. Zum Beispiel, in Entsalzen-Werken, kann Meerwasser durch die Destillation oder Rückosmose gereinigt werden. Jedoch sind diese Prozesse intensive Energie. Selbst wenn die ersten Fusionswerke mit alternativen Quellen nicht konkurrenzfähig sind, konnte Fusion noch konkurrenzfähig werden, wenn groß angelegtes Entsalzen mehr Macht verlangt, als die Alternativen im Stande sind zur Verfügung zu stellen.

Ein Drehbuch ist von der Wirkung der Kommerzialisierung der Fusionsmacht auf der Zukunft der menschlichen Zivilisation präsentiert worden. ITER und spätere Demo werden vorgesehen, um online den ersten kommerziellen Kernfusionsenergiereaktor vor 2050 zu bringen. Damit als der Startpunkt und die Geschichte des Auffassungsvermögens von Atomspaltungsreaktoren als ein Führer zeichnet das Drehbuch einen schnellen nehmen der Kernfusionsenergie auf, die nach der Mitte dieses Jahrhunderts anfängt.

Aktueller Status

Trotz des Optimismus, auf die 1950er Jahre über die der Fusionsmacht anspannende breite Skala zurückzugehen, gibt es noch bedeutendes Barriere-Stehen zwischen dem aktuellen wissenschaftlichen Verstehen und den technologischen Fähigkeiten und der praktischen Verwirklichung der Fusion als eine Energiequelle. Forschung, während, unveränderliche Fortschritte machend, hat auch ständig neue Schwierigkeiten hochgeworfen. Deshalb bleibt es unklar, ob ein wirtschaftlich lebensfähiges Fusionswerk möglich ist. Ein 2006-Leitartikel in der Zeitschrift New Scientist hat gemeint, dass, "wenn kommerzielle Fusion lebensfähig ist, es ein Jahrhundert weg gut sein kann.". Diese pessimistische Ansicht ist im Gegensatz zum Optimismus einer durch die Allgemeine Atomphysik gedruckten Druckschrift in den 1970er Jahren hat festgestellt, dass "Vor dem Jahr 2000, wie man erwartet, mehrere kommerzielle Fusionsreaktoren online sind."

Mehrere Fusion D-T, die tokamak Testgeräte brennen, sind (TFTR, STRAHL) gebaut worden, aber diese wurden nicht gebaut, um mehr Thermalenergie zu erzeugen, als elektrische verbrauchte Energie, obwohl es Pläne gibt (obwohl nicht ein Teil des aktuellen Fahrplans), um diese Geräte wiederzukonfigurieren, um ein bisschen darüber hinaus zu gehen, arbeiten vor dem Aufbau von iter kostendeckend. Das ITER-Projekt führt zurzeit die Anstrengung, Fusionsmacht zu kommerzialisieren.

Eine Zeitung veröffentlicht im Januar 2009 und ein Teil der Fusionskonferenzverhandlungen von IAEO an Genf im letzten Oktober behauptet, dass kleine 50 MW Tokamak Stil-Reaktoren ausführbar sind.

Am 30. Mai 2009, amerikanisches Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), hat die Entwicklung eines energiereichen Lasersystems, der Nationalen Zünden-Möglichkeit bekannt gegeben, die Wasserstoffatome zu Temperaturen heizen kann, die nur in der Natur in den Kernen von Sternen vorhanden sind. Wie man erwartet, ist der neue Laser in der Lage, zum ersten Mal, mehr Energie vom kontrollierten zu erzeugen, hat Trägheits-Kernfusion beschränkt, als es erforderlich war, die Reaktion zu beginnen.

Am 28. Januar 2010 hat der LLNL Tests mit allen 192 Laserbalken bekannt gegeben, obwohl mit niedrigeren Laserenergien, kleineren Hohlraum-Zielen, und die Fusionskraftstoffkapseln auswechselt. Das mehr als ein Megajoule der ultravioletten Energie wurde in den hohlraum angezündet, die vorherige Weltaufzeichnung durch einen Faktor von mehr als 30 schlagend. Die Ergebnisse haben das Wissenschaftler-Vertrauen gegeben, dass sie im Stande sein werden, Zünden in realistischeren Tests zu erreichen, die vorgesehen sind, um im Sommer 2010 zu beginnen.

NIF Forscher führen zurzeit eine Reihe von "stimmenden" Schüssen, um das optimale Zieldesign und die Laserrahmen für energiereiche Zünden-Experimente mit dem Fusionsbrennstoff in den kommenden Monaten zu bestimmen. Zwei Zündungstests wurden am 31. Oktober 2010 und am 2. November 2010 durchgeführt.

Am 15. März 2012 hat die Reihe des NIF von 192 Lasern einen geformten Puls der Energie angezündet, die 411 Trillionen Watt der Maximalmacht - 1,000mal mehr erzeugt hat als ganzer der USA-Gebrauch in irgendwelchem Moment.

Die als der Puls geschaffene Gesamtenergie wurde erzeugt, wurde berechnet, um 2.03 Millionen Joule zu sein, den NIF das erste in der Welt 2MJ ultravioletter Laser - ungefähr 100mal stärker machend, als jeder andere Laser in der Existenz.

"Mike Dunne, der Nationale Zünden-Möglichkeitsdirektor für die Laserfusionsenergie, nimmt an, dass das riesige Lasersystem Fusion mit dem Energiegewinn oder "Brandwunde", am Ende von 2012" erzeugt

Siehe auch

• Die Liste der Fusion experimentiert

Links

• http://library.thinkquest.org/17940/texts/fusion_dt/fusion_dt.html
• Fusionsenergie für Raummissionen im 21. Jahrhundert, NASA
• Fusion als eine Energiequelle: Ein Führer vom Institut für die Physik
• Amerikanisches Fusionsenergiewissenschaftsprogramm
• Letzte Fusionsenergieforschungsnachrichten
• EURATOM/UKAEA Fusionsvereinigung
• ITER
• FEUER

• FUSIONS-FRAGEN
• Europäische Fusionsentwicklungsabmachung
• Fusion Power Associates Washington, Bezirksbereichslobbyismus-Organisation; "eine gemeinnützige, steuerfreie Forschung und Bildungsfundament, rechtzeitige Auskunft über den Status der Fusionsentwicklung gebend." Editiert die Zeitschrift der Fusionsenergie.
• Wörterverzeichnis des Plasmas/Fusion
• Das Helimak-Experiment, am Fusionsforschungszentrum an UT Austin
• Untersuchungen von Formability, Weldability und Creep Resistance von Etwas Potenzieller Niedriger Aktivierung Austenitic Rostfreie Stahle für Fusionsreaktoranwendungen (internationale Standardbuchnummer 0-85311-148-0): A.H. Bott, G.J. Butterworth, F. B. Pickering
• Internationaler Thermonuklearer Experimenteller Reaktor (Iter) Fusionsreaktorarbeit bekommt Menschen mit Unternehmungsgeist (BBC-Nachrichtenmai 2006)
• Inoffizieller ITER Fanclub
• Wird Kernfusion die durch Maximalöl verlassene Lücke schließen?
• Fusionswissenschaft und Technologie
• Google Technologie redet
• Allgemeine Fusion - die Technologie für einen Safe, wirtschaftlich lebensfähig hat MTF Fusionsreaktor vor 2010 modifiziert.
• Universale Plasmafokus-Labormöglichkeit
• Eine Hauptseite für die Fusionsenergie verbindet
• Das Institut für den Plasmafokus studiert