De werking van een kernfusiereactor

[witchdoc]

Hoe een hedendaagse kernreactor werkt snap'k.
E=mc² en door wat molecules te splijten verlies je ietwat massa door de neutronen die wegspringen en ene kettingreactie veroorzaken.
Maar fusie... dan krijg je net meer masa veronderstel'k? Hoe hou je dan die kettingreactie op gang?

Iemand een idee?

[Brent]

http://www.fusie-energie.nl/watisker/watisker1.htm

[ Voor 21% gewijzigd door Brent op 12-04-2005 23:24 ]

[Osiris]

Die massa verdwijnt niet doordat er neutronen wegspringen hoor

Die massa verdwijnt door de bindingsenergie van de nucleonen in een kern. Het "optimale" punt ligt bij ijzer of lood, een van die 2... Kleinere kernen kunnen fuseren, terwijl je grotere kernen kunt splitsen (met het oogpunt op energie-"winst".)

quote: http://www.natuurwetensch...e=News&file=print&sid=704

Massadeffect

Ik heb net uitgelegd dat de kern bestaat uit protonen en neutronen, en om het atoom vliegen ook nog elektronen, evenveel als er protonen in de kern zijn zodat het atoom elektrische neutraal is.
Nu is er gebleken dat wanneer je de soms van de massa's van afzonderlijke nucleonen en elektronen vergelijkt met de massa van het gehele atoom er een tekort is aan massa. Het hele atoom weegt minder dan de som van losse nucleonen en elektronen. Dit massa tekort noemt men het massadeffect en wordt verklaard door aan te nemen dat een deel van de massa wordt omgezet in energie die wordt gebruikt als bindingsenergie tussen de nucleonen. Aangezien er geldt E=mc^2, betekent dit dus dat de bindingsenrgie gelijk is aan het massadeffect. Bedenk je altijd dat elk nucleon een deel van zijn massa inlevert voor energie, het is dus bindingsenergie per nucleon.
Deze bindingsenergie per nucleon blijkt het groots bij atomen met een massagetal van ongeveer 60. Bij kleine en grote kernen is de bindingsenergie per nucleon kleiner. Hieruit volgt dat er energie vrijkomt als kleine kernen fuseren tot een grotere kern of als grote kernen splijten in kleinere.

[ Voor 68% gewijzigd door Osiris op 12-04-2005 23:30 ]

[Delerium]

Als je waterstof hebt wegen die per stuk grofweg 1.1 dalton. Deuterium doet dan dus 2.2 en als je er 2 fuseert krijg je Helium die 4 weegt..... terwijl je 4.4 verwacht. Dat verschil is dus de massa die je in die formule kan proppen.

Getallen zijn enigszins gechargeerd maar het idee is dus dat de lichtere isotopen opgeteld zwaarder zijn als hun som. Het keerpunt ligt zo rond IJzer, dus zwaardere deeltes dan ijzer zal je dan beter kunnen splijten.

[edit]O Ja, de volgende keer dat je het over kernenergie, kerndeeltjes en atoomkernen hebt en je het weer molecuul noemt, zoek ik je op en geef je een schop.

[ Voor 16% gewijzigd door Delerium op 12-04-2005 23:51 ]

[MSalters]

Osiris schreef op dinsdag 12 april 2005 @ 23:26:
Die massa verdwijnt niet doordat er neutronen wegspringen hoor

En vervolgens quote je een post waaruit blijkt dat er dus wel massa verdwijnt
De quote klopt natuurlijk, die energie moet ergens vandaan komen.

[Osiris]

MSalters schreef op dinsdag 12 april 2005 @ 23:34:
[...]

En vervolgens quote je een post waaruit blijkt dat er dus wel massa verdwijnt
De quote klopt natuurlijk, die energie moet ergens vandaan komen.

Uiteraard, er verdwijnt immers wel massa, maar dat komt niet doordat je die neutronen als "verdwenen massa" rekent (zo las ik de TS namelijk), maar door het massadefect

poohbeer schreef op dinsdag 12 april 2005 @ 23:20:
en door wat molecules te splijten verlies je ietwat massa door de neutronen die wegspringen

Dat klopt dus niet als je de massa van de wegspringende neutronen als verdwenen massa rekent

[ Voor 27% gewijzigd door Osiris op 12-04-2005 23:36 ]

[Rey Nemaattori]

Ecteinascidin schreef op dinsdag 12 april 2005 @ 23:29:
Als je waterstof hebt wegen die per stuk grofweg 1.1 dalton. Deuterium doet dan dus 2.2 en als je er 2 fuseert krijg je Helium die 4 weegt..... terwijl je 4.4 verwacht. Dat verschil is dus de massa die je in die formule kan proppen.

Getallen zijn enigszins gechargeerd maar het idee is dus dat de lichtere isotopen opgeteld zwaarder zijn als hun som. Het keerpunt ligt zo rond IJzer, dus zwaardere deeltes dan ijzer zal je dan beter kunnen splijten.

[edit]O Ja, de volgende keer dat je het over kernenergie, kerndeeltjes en atoomkernen hebt en je het weer molecuul noemt, zoek ik je op en geef je een schop.

* Rey Nemaattori schopt Ecteinascidin

Sinde wanneer wegen we waterstof af per stuk?

@supermarkt: Ik wil graag 4 waterstoffen van 1,1 dalton
@man van de moleculen, atomen en ionen afdeling: Ik heb alleen nog maar helium, mag het ietsje minder zijn?

[ Voor 11% gewijzigd door Rey Nemaattori op 13-04-2005 00:26 ]

[Delerium]

In een fusiereactor praat je niet over moleculen en in kernenergie ook al niet. Moleculen worden gedefinieerd als zijnde interactie van de electronen, iets waar dit verhaal ook al niet veel mee doet.

[Warbringer]

probeer anders eens www.howstuffworks.com

[Maasluip]

Of Wikipedia.

[PanMan]

Wat ik wel raar vindt: Ik dacht altijd dat kernfusie nog absoluut niet binnen bereik ligt, en misschien over 50 jaar zou kunnen, eventueel. En nu lees ik gisteren in de krant dat de VS en de EU ruzie'en over waar de eerste fusiereactor (voor 10 mrd) gebouwd gaat worden. Ik snap dat dat niet een standaard machientje wordt, maar kennerlijk hebben ze toch wel hoop dat het gaat werken? Weet iemand hier meer van?

[Hermarcel]

Hé, ik dacht dat het tussen Europa en Japan ging

http://www.iter.org/index.htm

[Osiris]

PanMan schreef op woensdag 13 april 2005 @ 11:10:
Wat ik wel raar vindt: Ik dacht altijd dat kernfusie nog absoluut niet binnen bereik ligt, en misschien over 50 jaar zou kunnen, eventueel. En nu lees ik gisteren in de krant dat de VS en de EU ruzie'en over waar de eerste fusiereactor (voor 10 mrd) gebouwd gaat worden. Ik snap dat dat niet een standaard machientje wordt, maar kennerlijk hebben ze toch wel hoop dat het gaat werken? Weet iemand hier meer van?

Er is afaik in de VS inderdaad al een fusiereactor die nog niet continu kan werken, maar hij is in ieder geval al wel rendabel. As in, als ze hem opstarten, dan komt er meer energie uit (voordat 't uitdooft), dan dat het kostte om hem op te starten in de 1e plaats. Dus ze zijn goed op weg

[FragDaddy]

PanMan schreef op woensdag 13 april 2005 @ 11:10:
Wat ik wel raar vindt: Ik dacht altijd dat kernfusie nog absoluut niet binnen bereik ligt, en misschien over 50 jaar zou kunnen, eventueel. En nu lees ik gisteren in de krant dat de VS en de EU ruzie'en over waar de eerste fusiereactor (voor 10 mrd) gebouwd gaat worden. Ik snap dat dat niet een standaard machientje wordt, maar kennerlijk hebben ze toch wel hoop dat het gaat werken? Weet iemand hier meer van?

ze willen nu een testreactor (ITER)gaan maken die dus wel redement levert, maar nog niet productie gaat draaien. deze reactor moet aantonen dat het mogelijk is om productie te draaien. Ook kunnen ze hier het proces verder optimaliseren

daarnaast gaan ze nog een andere faciliteit maken (IFMIF) hier willen ze materialen gaan testen.

Als laatste moeten ze nog een demonstratie centrale maken (DEMO) en een prototype (PROTO)

over ongeveer 50 jaar hopen ze dat ze daar mee klaar zijn en dat ze productiereactoren kunnen bouwen. waarom dat zo lang duurt is mij ook niet duidelijk.. maar ok.

ze proberen nu wel ITER en IFMIF wat tegelijkertijd te doen en DEMO en PROTO tegelijkertijd en de twee trajecten wat in elkaar over te laten lopen, zodat die tijdschaal wat in elkaar gedrukt kan gaan worden.




stats:

ITER wordt een tokamak-machine met een fusievermogen van 500 MW thermisch en een inputvermogen van 50 MW, zodat de energie-vermenigvuldiging Q=10 bedraagt. De tijdsduur van het plasma bedraagt 500 seconden, wat met geavanceerdere technieken uit te breiden is tot zo'n 3000 seconden. ITER is ongeveer 24 meter hoog en 34 meter in doorsnede, en het plasmavolume bedraagt 850 m3. De straal van de torus is ongeveer 6 meter, en de plasmakamer is ongeveer 8 meter hoog.

500 megawat is niet verkeerd.. maar dus nogsteeds niet continue. 500sec.


de huidige stand van zake: de grootste testreactor op dit moment is het JET in engeland.
zie link voor foto van de torus: http://www.fusie-energie.nl/gallerij/pages/man_in_torus.htm
Jet heeft 1sec 16MW en 4sec. 4MW geleverd.

de grap van fusiereactoren is dat je met schaalvergroting het rendement heel erg kan vergroten (als je de torus groter maakt stijgt het rendement echt explosief). de torus van ITER wordt bijna 2x zo groot dan JET en gaat 100x meer vermogen leveren. vooral door de schaalvergroting (ook wel weer wat door verbetering in techniek natuurlijk)

[ Voor 42% gewijzigd door FragDaddy op 13-04-2005 11:54 ]

[Brent]

Osiris schreef op woensdag 13 april 2005 @ 11:17:
[...]

Er is afaik in de VS inderdaad al een fusiereactor die nog niet continu kan werken, maar hij is in ieder geval al wel rendabel. As in, als ze hem opstarten, dan komt er meer energie uit (voordat 't uitdooft), dan dat het kostte om hem op te starten in de 1e plaats. Dus ze zijn goed op weg

Hmm, wist ik niet. Ik dacht dat de meest moderne ergens in Engeland stond maar die kost netto nog stroom.

[m-m]

Breepee schreef op woensdag 13 april 2005 @ 22:19:
[...]

Hmm, wist ik niet. Ik dacht dat de meest moderne ergens in Engeland stond maar die kost netto nog stroom.

Daar ben ik geweest, in Culham bij de JET en de MAST
Erg leuk, linkje http://www.fusion.org.uk daar kan je erg veel vinden over kernfusie.

[Osiris]

Breepee schreef op woensdag 13 april 2005 @ 22:19:
[...]

Hmm, wist ik niet. Ik dacht dat de meest moderne ergens in Engeland stond maar die kost netto nog stroom.

Ik heb er helaas geen bron van. Zoiets heb ik alleen maar gehoord, dus voor 't zelfde geld klopt het voor geen meter..

[Maasluip]

ITER produceert nog geen energie. Sterker nog, het concept van ITER is ervoor om te zorgen dat ITER energie neutraal is, ofwel: evenveel energie produceert als dat het nodig heeft.
Op dezelfde site is ook een voorlopig tijdschema te zien waar te lezen is dat ITER vanaf 2007 wordt gebouwd en dat de bouw van de eerste fusicentrales ron 2045 verwacht kunnen worden.

[TrailBlazer]

Ik hoop wel dat de kernfusiereactoren een beetje op gang komen voordat de oliecrisis hard inslaat. Als ik zo die getallen zie heb ik het idee dat de olie eerder op is dan dat kernfusie op grote schaal kan worden toegepast.

Overigens vind ik die 10 Miljard echt peanuts om dat testding te bouwen. Ik kan me bijvoorbeeld voorstellen dat een bedrijf als Shell heel graag knowhow opbouwt op dit vlak. De grondstof winnen zal denk ik niet het lastigste zijn bij kernfusie dus ze moenten hun inkomsten ergens anders vandaan halen

[FragDaddy]

Maasluip schreef op donderdag 14 april 2005 @ 08:02:
ITER produceert nog geen energie. Sterker nog, het concept van ITER is ervoor om te zorgen dat ITER energie neutraal is, ofwel: evenveel energie produceert als dat het nodig heeft.
Op dezelfde site is ook een voorlopig tijdschema te zien waar te lezen is dat ITER vanaf 2007 wordt gebouwd en dat de bouw van de eerste fusicentrales ron 2045 verwacht kunnen worden.

eh.. volgens mij levert ITER op 1:10 basis energie.. 50MW input en 500MW output.

zie ook deze quote:

ITER wordt een tokamak-machine met een fusievermogen van 500 MW thermisch en een inputvermogen van 50 MW, zodat de energie-vermenigvuldiging Q=10 bedraagt.

bron: http://www.fusie-energie.nl/watisker/watisker41.htm


Wat ik zelf wel vreemd vind is dat men kernenergiecentrales in enkele jaren ontwikkeld heeft en dat kernfusie bijna een eeuw duurt duurt (ze zijn er al vanaf 1967 ofzo mee bezig)

[ Voor 27% gewijzigd door FragDaddy op 14-04-2005 08:58 ]

[TrailBlazer]

het lastige is dat de de reactie in een kernreactor zichzelf in stand houdt. Als de staven eruit gehaald worden zal de reactor gewoon doordraaien (lees meltdown)
De reactie bij kernfusie is veel moeilijke in stand te houden. Als je niks doet gaat zo'n ding erg snel uit

FragDaddy schreef op donderdag 14 april 2005 @ 08:53:
[...]


eh.. volgens mij levert ITER op 1:10 basis energie.. 50MW input en 500MW output.

zie ook deze quote:

Als je verderleest. Dit is thermisch vermogen. Dit vermogen wordt met een rendement van 40% omgezet in elektricitier 40% van 500MW is 200MW. Ook is er 200 MW nodig om de reactor draaiend te houden. Denk hierbij aan het instandhouden van het magneetveld pompen ventilatoren koffiezetautomaten

[ Voor 50% gewijzigd door TrailBlazer op 14-04-2005 10:28 ]

[Hermarcel]

FragDaddy schreef op donderdag 14 april 2005 @ 08:53:
Wat ik zelf wel vreemd vind is dat men kernenergiecentrales in enkele jaren ontwikkeld heeft en dat kernfusie bijna een eeuw duurt duurt (ze zijn er al vanaf 1967 ofzo mee bezig)

Kernsplitsing is interessant voor defensie , kernfusie niet . Kernfusie moet dus anders gefinancierd worden. Misschien dat dat een verklaring is?

[Osiris]

Vrijbuiter schreef op donderdag 14 april 2005 @ 10:35:
[...]
Kernsplitsing is interessant voor defensie , kernfusie niet . Kernfusie moet dus anders gefinancierd worden. Misschien dat dat een verklaring is?

Da's bullshit, aangezien er allang kernfusie-bommen bestaan. (ik neem aan dat je met 'defensie' op bommen etc doelt iig)

[ Voor 10% gewijzigd door Osiris op 14-04-2005 10:36 ]

[Delerium]

Kernsplitsing is gewoon een brandstofstaaf blootstellen aan een hoeveelheid neutronen zodat deze vanzelf warmer wordt. Geen kont aan dus. Voor kernfusie moet je beginnen rond de 50 miljoen graden, een temp waar geen enkel molecuul voorkomt omdat atomen dan hun electronen verliezen en als plasma verder gaan. Voorts moet je natuurlijk ook die 50 miljoen graden ergens in zien te houden en ook nog eens de warmte zien af te tappen. Dat insluiten gaat het makkelijkste met magneten en dan je waterstof idd als plasma (geioniseerd gas) in dat magneetveld rondjes te laten draaien..... en da's nog knap lastig. Zeker omdat het lokaal verhit moet worden tot 50 miljoen graden en de niet verhitte delen bv makkelijk de boel kunnen laten afkoelen zodat je reactie weer stopt.

[SmartDoDo]

Wellicht meer W&L materiaal

Gelijk even je titel iets verduidelijkt.

[Hermarcel]

Osiris schreef op donderdag 14 april 2005 @ 10:36:
[...]

Da's bullshit, aangezien er allang kernfusie-bommen bestaan. (ik neem aan dat je met 'defensie' op bommen etc doelt iig)

Volgens mij waren de kernsplitsingbommen er veel eerder en ging dus ook veel ontwikkelingsgeld daar naartoe. Dat er inmiddels fusiebommen zijn doet daar niets aan af.

Is het trouwens niet zo dat, voor splitsingsbommen, plutonium gebruikt wordt dat in een beheerste omgeving (lees: splijtingcentrale) gemaakt wordt. Ik weet het niet zeker, maar als dat zo is, dan had defensie dus behoefte aan een gecontroleerd splijtingsproces (tbv plutoniumproduktie) naast een ongecontroleerd splijtingsproces (bom). Voor een fusiebom was er alleen behoefte aan een ongecontroleerd proces.

Maar ik kan er best wel naast zitten en ben dan bereid om te leren

[jeronimo]

@Vrijbuiter
Ja, plutonium komt niet voor in de vrije natuur en kan alleen gemaakt worden door uranium in een kernreactor te bestralen. Uit deze bestraalde isotopen ontstaat door radioactief verval het plutonium239 dat gebruikt kan worden voor a-bommen en hergebruik in andere reactoren.

Ook ben ik het eens met de stelling dat de ontwikkeling van splijtings-reactoren vanuit defensie oogpunt interessant genoeg was om flink te sponseren, immers ook voor een fusiebom is een splijtingsbom nodig als ontsteker. Een fusiereactor heeft volgens mij geen toepassing voor de defensie-industrie, en zal dus anders gefinancierd moeten worden.

[Scout77]

Wat ik me nu af vraag, wat zijn de negatieve punten. Wat kan er mis gaan. Het kan gewoon niet dat dit utopie is, het zou te mooi voor woorden zijn.

[Yoshi|IA2]

Scout77 schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 13:08:
Wat ik me nu af vraag, wat zijn de negatieve punten. Wat kan er mis gaan. Het kan gewoon niet dat dit utopie is, het zou te mooi voor woorden zijn.

Ik kan weinig negatieve punten bedenken. De brandstof is proper, enkel tritium is radioactief maar dit wordt in de reactor gemaakt en direct verbruikt. De afvalstoffen zijn proper. Enkel de mantel wordt lichtjes radioactief en is al z'n radioactiviteit kwijt na een paar jaar... En zoveel moet die mantel niet vervangen worden...
Wat wel een probleem is (denk ik), is dat als alle energievoorziening van fusie reactoren komt, en ze vallen allemaal stil, we een heel groot probleem... Er is namelijk veel energie nodig om een fusie reactor te starten... Maar ik denk dat het statistisch nogal moeilijk wordt om alle reactoren tegelijk te laten stilvallen...

[ Voor 6% gewijzigd door Yoshi|IA2 op 15-04-2005 13:13 ]

[Delerium]

Het nadeel van kernfusie ligt er dik bovenop/ het is verdomd moeilijk om het te krijgen, anders hadden die magneetbuizen al 30 jaar terug lopen draaien.

En dat defensie er geen belang bij heeft is dikke onzin. Nu heeft defensie bv 250 miljard moeten uitgeven om Iraq te ontdoen van z'n olie om continuiteit te waarborgen. Voor datzelfde geld had defensie dus ook 25 fusiereactoren kunnen neerzetten en een levenslange blokkade om het MO kunnen leggen.

[Hermarcel]

Ecteinascidin schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 15:14:
En dat defensie er geen belang bij heeft is dikke onzin. Nu heeft defensie bv 250 miljard moeten uitgeven om Iraq te ontdoen van z'n olie om continuiteit te waarborgen. Voor datzelfde geld had defensie dus ook 25 fusiereactoren kunnen neerzetten en een levenslange blokkade om het MO kunnen leggen.

Defensie wil oorlogje "spelen" met de nieuwste speeltjes. Verdedigen van olie is dan ook lukratiever dan het bouwen vcan fusie-centrales.

[Delerium]

Vrijbuiter schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 15:53:
[...]
Defensie wil oorlogje "spelen" met de nieuwste speeltjes. Verdedigen van olie is dan ook lukratiever dan het bouwen vcan fusie-centrales.

Ik vraag me anders wel af hoe de VS over 30 jaar z'n Stealth bommerwerpers in de lucht houdt. Strategische reserves zijn leuk, maar die burgerbevolking zal straks net zo goed de resterende benzine opeisen als het leger.

[GeforceDDQ]

Zijn Fusiereactoren dan niet veelstegroot om mee te vliegen _{daar ging het topic over}
Maar er moet natuurlijk wel een andere energiebron gevonden worden (voor bijv ook auto's )

[Arjan]

GeforceDDQ schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 17:36:
Zijn Fusiereactoren dan niet veelstegroot om mee te vliegen _{daar ging het topic over}
Maar er moet natuurlijk wel een andere energiebron gevonden worden (voor bijv ook auto's )

Hier spring je natuurlijk op in met waterstofcellen, dat is het probleem niet.
Als ik lees dat schaalbaarheid zo'n issue is, dan heb je straks misschien enkele hele³ grote fusiereactors die niks anders doen dan zorgen dat waterstofcellen opgeladen zijn

[GeforceDDQ]

Atgast schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 17:49:
[...]

Hier spring je natuurlijk op in met waterstofcellen, dat is het probleem niet.
Als ik lees dat schaalbaarheid zo'n issue is, dan heb je straks misschien enkele hele³ grote fusiereactors die niks anders doen dan zorgen dat waterstofcellen opgeladen zijn

Dat zou geeneens een slecht idee wezen, gewoon allemaal aan de accu
Maar je moet natuurlijk wel voor zorgen dat je genoeg reserve hebt zodat als een of twee wegvallen dat alles nog blijft draaien lijkt me ?

[Arjan]

GeforceDDQ schreef op vrijdag 15 april 2005 @ 17:51:
[...]
Dat zou geeneens een slecht idee wezen, gewoon allemaal aan de accu
Maar je moet natuurlijk wel voor zorgen dat je genoeg reserve hebt zodat als een of twee wegvallen dat alles nog blijft draaien lijkt me ?

Ik voorzie eenzelfde opbouw als het Internet.
En mocht t echt misgaan, hebben we vast nog wel ergens een kernreactortje achter de hand