[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/26\/magnetic-confinement-fusion-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/26\/magnetic-confinement-fusion-wikipedia\/","headline":"Magnetic Confinement Fusion – Wikipedia","name":"Magnetic Confinement Fusion – Wikipedia","description":"before-content-x4 Hei\u00dfes Plasma, magnetisch in einem Tokamak eingeschlossen Magnetic Confinement Fusion ist ein Ansatz zur Erzeugung von Kernfusionskraft, bei dem","datePublished":"2020-12-26","dateModified":"2020-12-26","author":{"@type":"Person","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/author\/lordneo\/#Person","name":"lordneo","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/author\/lordneo\/","image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","url":"https:\/\/secure.gravatar.com\/avatar\/44a4cee54c4c053e967fe3e7d054edd4?s=96&d=mm&r=g","height":96,"width":96}},"publisher":{"@type":"Organization","name":"Enzyklop\u00e4die","logo":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki4\/wp-content\/uploads\/2023\/08\/download.jpg","width":600,"height":60}},"image":{"@type":"ImageObject","@id":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d0\/MAST_Tokamak_%2832476489303%29.png\/220px-MAST_Tokamak_%2832476489303%29.png","url":"https:\/\/upload.wikimedia.org\/wikipedia\/commons\/thumb\/d\/d0\/MAST_Tokamak_%2832476489303%29.png\/220px-MAST_Tokamak_%2832476489303%29.png","height":"120","width":"220"},"url":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/26\/magnetic-confinement-fusion-wikipedia\/","wordCount":2944,"articleBody":"     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});before-content-x4  Hei\u00dfes Plasma, magnetisch in einem Tokamak eingeschlossenMagnetic Confinement Fusion ist ein Ansatz zur Erzeugung von Kernfusionskraft, bei dem mithilfe von Magnetfeldern Fusionsbrennstoff in Form eines Plasmas eingeschlossen wird.  Der magnetische Einschluss ist neben der Inertial-Confinement-Fusion einer von zwei Hauptzweigen der Fusionsenergieforschung.  Der magnetische Ansatz begann in den 1940er Jahren und absorbierte den gr\u00f6\u00dften Teil der nachfolgenden Entwicklung.  Fusionsreaktionen kombinieren leichte Atomkerne wie Wasserstoff zu schwereren wie Helium und erzeugen Energie.  Um die elektrostatische Absto\u00dfung zwischen den Kernen zu \u00fcberwinden, m\u00fcssen sie eine Temperatur von mehreren zehn Millionen Grad haben, wodurch ein Plasma entsteht.  Dar\u00fcber hinaus muss das Plasma f\u00fcr eine ausreichende Zeit in einer ausreichenden Dichte enthalten sein, wie dies durch das Lawson-Kriterium (Dreifachprodukt) festgelegt ist.Die Magnetic Confinement Fusion versucht, die elektrische Leitf\u00e4higkeit des Plasmas zu nutzen, um es durch Wechselwirkung mit Magnetfeldern einzud\u00e4mmen.  Der magnetische Druck gleicht den Plasmadruck aus.  Die Entwicklung einer geeigneten Anordnung von Feldern, die den Kraftstoff ohne \u00fcberm\u00e4\u00dfige Turbulenzen oder Undichtigkeiten enthalten, ist die prim\u00e4re Herausforderung dieser Technologie.  Table of ContentsGeschichte[edit]Magnetspiegel[edit]Ringkernen[edit]Z-Prise[edit]Stellaratoren[edit]Tokamaks[edit]Kompakte Toroide[edit]Andere[edit]Magnetische Fusionsenergie[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]Geschichte[edit]Die Entwicklung der magnetischen Fusionsenergie (MFE) erfolgte in drei verschiedenen Phasen.  In den 1950er Jahren glaubte man, dass MFE relativ einfach zu erreichen sein w\u00fcrde, was einen Wettlauf um den Bau einer geeigneten Maschine ausl\u00f6ste.  In den sp\u00e4ten 1950er Jahren war klar, dass Plasmaturbulenzen und Instabilit\u00e4ten problematisch waren, und in den 1960er Jahren, den “Flauten”, wandten sich die Bem\u00fchungen einem besseren Verst\u00e4ndnis der Plasmaphysik zu.1968 erfand ein sowjetisches Team die Tokamak-Magneteinschlussvorrichtung, die eine zehnmal bessere Leistung als Alternativen zeigte und zum bevorzugten Ansatz wurde.Der Bau einer 500-MW-Stromerzeugungsfusionsanlage mit diesem Entwurf, dem ITER, begann 2007 in Frankreich. Der j\u00fcngste Zeitplan sieht die Inbetriebnahme im Jahr 2025 vor.  Wenn Brennstoff in einen Fusionsreaktor eingespritzt wird, k\u00f6nnen starke “Schurken” -Wellen erzeugt werden, die dazu f\u00fchren k\u00f6nnen, dass er der Begrenzung entgeht.  Diese Wellen k\u00f6nnen die Effizienz verringern oder sogar die Fusionsreaktion stoppen.  Mathematische Modelle k\u00f6nnen die Wahrscheinlichkeit einer Schurkenwelle bestimmen und den genauen Winkel einer Gegenwelle berechnen, um sie aufzuheben.[1]Magnetinseln sind Anomalien, bei denen sich Magnetfeldlinien vom Rest des Feldes trennen und eine R\u00f6hre bilden, durch die Kraftstoff entweichen kann.  Das Vorhandensein gro\u00dfer magnetischer Inseln st\u00f6rt die Fusion.  Das Einspritzen von gefrorenen Deuteriumpellets in das Kraftstoffgemisch kann genug Turbulenzen verursachen, um die Inseln zu zerst\u00f6ren.[1]Magnetspiegel[edit]Ein Hauptforschungsgebiet in den Anfangsjahren der Fusionsenergieforschung war der Magnetspiegel.  Die meisten fr\u00fchen Spiegelvorrichtungen versuchten, Plasma nahe dem Fokus eines nicht planaren Magnetfelds einzuschr\u00e4nken, das in einem Solenoid erzeugt wurde, wobei die Feldst\u00e4rke an beiden Enden der R\u00f6hre zunahm.  Um dem Einschlussbereich zu entkommen, mussten die Kerne in der N\u00e4he jedes Magneten in einen kleinen ringf\u00f6rmigen Bereich eintreten.  Es war bekannt, dass Kerne durch diesen Bereich entweichen w\u00fcrden, aber durch kontinuierliches Hinzuf\u00fcgen und Erhitzen von Brennstoff wurde das Gef\u00fchl, dass dies \u00fcberwunden werden k\u00f6nnte.Im Jahr 1954 hielt Edward Teller einen Vortrag, in dem er ein theoretisches Problem skizzierte, das darauf hindeutete, dass das Plasma auch schnell seitw\u00e4rts durch die Begrenzungsfelder entweichen w\u00fcrde.  Dies w\u00fcrde bei jeder Maschine mit konvexen Magnetfeldern auftreten, die in der Mitte des Spiegelbereichs vorhanden waren.  Bestehende Maschinen hatten andere Probleme und es war nicht offensichtlich, ob dies auftrat.  1961 demonstrierte ein sowjetisches Team schl\u00fcssig, dass diese Instabilit\u00e4t der Fl\u00f6te tats\u00e4chlich auftrat, und als ein US-Team angab, dieses Problem nicht zu sehen, untersuchten die Sowjets ihr Experiment und stellten fest, dass dies auf einen einfachen Instrumentierungsfehler zur\u00fcckzuf\u00fchren war.Das sowjetische Team stellte auch eine m\u00f6gliche L\u00f6sung in Form von “Ioffe Bars” vor.  Diese bogen das Plasma in eine neue Form, die an allen Stellen konkav war, um das Problem zu vermeiden, auf das Teller hingewiesen hatte.  Dies zeigte eine deutliche Verbesserung der Begrenzung.  Ein britisches Team f\u00fchrte dann eine einfachere Anordnung dieser Magnete ein, die sie “Tennisball” nannten und die in den USA als “Baseball” aufgenommen wurden.  Mehrere Ger\u00e4te der Baseball-Serie wurden getestet und zeigten eine deutlich verbesserte Leistung.  Theoretische Berechnungen zeigten jedoch, dass die maximale Energiemenge, die sie erzeugen k\u00f6nnten, ungef\u00e4hr der Energie entspricht, die zum Betreiben der Magnete ben\u00f6tigt wird.  Als Stromerzeugungsmaschine schien der Spiegel eine Sackgasse zu sein.In den 1970er Jahren wurde eine L\u00f6sung entwickelt.  Durch Platzieren einer Baseballspule an beiden Enden eines gro\u00dfen Solenoids k\u00f6nnte die gesamte Baugruppe ein viel gr\u00f6\u00dferes Plasmavolumen aufnehmen und somit mehr Energie erzeugen.  Es wurde geplant, ein gro\u00dfes Ger\u00e4t dieses “Tandemspiegel” -Designs zu bauen, das zur Mirror Fusion Test Facility (MFTF) wurde.  Da dieses Layout, eine kleinere Maschine, noch nie zuvor ausprobiert wurde, wurde das Tandem Mirror Experiment (TMX) entwickelt, um dieses Layout zu testen.  TMX zeigte eine neue Reihe von Problemen auf, die darauf hindeuteten, dass MFTF seine Leistungsziele nicht erreichen w\u00fcrde, und w\u00e4hrend des Baus wurde MFTF zu MFTF-B modifiziert.  Aufgrund von Budgetk\u00fcrzungen wurde es jedoch einen Tag nach Abschluss des Baus des MFTF eingemottet.  Spiegel haben sich seitdem kaum weiterentwickelt.Ringkernen[edit]  Konzept eines RingkernfusionsreaktorsZ-Prise[edit]Der erste wirkliche Versuch, einen Kontrollfusionsreaktor zu bauen, nutzte den Quetscheffekt in einem Ringbeh\u00e4lter.  Ein gro\u00dfer Transformator, der den Beh\u00e4lter umh\u00fcllte, wurde verwendet, um einen Strom im Plasma im Inneren zu induzieren.  Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld, das das Plasma in einen d\u00fcnnen Ring dr\u00fcckt und es so “einklemmt”.  Die Kombination von Joule’scher Erw\u00e4rmung durch Strom und adiabatischer Erw\u00e4rmung beim Einklemmen erh\u00f6ht die Temperatur des Plasmas auf den erforderlichen Bereich im zweistelligen Millionen-Grad-Kelvin-Bereich.Alle fr\u00fchen Maschinen, die 1948 in Gro\u00dfbritannien gebaut wurden, gefolgt von einer Reihe immer gr\u00f6\u00dferer und leistungsf\u00e4higerer Maschinen in Gro\u00dfbritannien und den USA, waren starken Instabilit\u00e4ten im Plasma ausgesetzt.  Bemerkenswert unter ihnen war die Knickinstabilit\u00e4t, die dazu f\u00fchrte, dass der eingeklemmte Ring herumwirbelte und gegen die W\u00e4nde des Beh\u00e4lters schlug, lange bevor er die erforderlichen Temperaturen erreichte.  Das Konzept war jedoch so einfach, dass herkulische Anstrengungen unternommen wurden, um diese Probleme anzugehen.Dies f\u00fchrte zu dem Konzept der “stabilisierten Quetschung”, bei dem externe Magnete hinzugef\u00fcgt wurden, um “dem Plasma ein R\u00fcckgrat zu geben”, w\u00e4hrend es komprimiert wurde.  Die gr\u00f6\u00dfte derartige Maschine war der 1957 fertiggestellte britische ZETA-Reaktor, der offenbar erfolgreich eine Fusion herstellte.  Nur wenige Monate nach seiner \u00f6ffentlichen Bekanntgabe im Januar 1958 mussten diese Behauptungen zur\u00fcckgezogen werden, als festgestellt wurde, dass die sichtbaren Neutronen durch neue Instabilit\u00e4ten in der Plasmamasse erzeugt wurden.  Weitere Studien zeigten, dass ein solches Design mit \u00e4hnlichen Problemen behaftet sein w\u00fcrde, und die Forschung unter Verwendung des Z-Pinch-Ansatzes endete weitgehend.Stellaratoren[edit]Ein fr\u00fcher Versuch, ein magnetisches Begrenzungssystem aufzubauen, war der Stellarator, der 1951 von Lyman Spitzer eingef\u00fchrt wurde. Im Wesentlichen besteht der Stellarator aus einem Torus, der in zwei H\u00e4lften geschnitten und dann mit geraden “Crossover” -Abschnitten wieder zusammengef\u00fcgt wurde, um eine 8 zu bilden .  Dies hat den Effekt, dass sich die Kerne von innen nach au\u00dfen ausbreiten, wenn sie die Vorrichtung umkreisen, wodurch die Drift \u00fcber die Achse aufgehoben wird, zumindest wenn die Kerne schnell genug umkreisen.Nicht lange nach dem Bau der fr\u00fchesten Figuren-8-Maschinen wurde festgestellt, dass der gleiche Effekt in einer vollst\u00e4ndig kreisf\u00f6rmigen Anordnung erzielt werden konnte, indem auf beiden Seiten ein zweiter Satz spiralf\u00f6rmig gewickelter Magnete hinzugef\u00fcgt wurde.  Diese Anordnung erzeugte ein Feld, das sich nur teilweise in das Plasma hinein erstreckte, was sich als wesentlicher Vorteil der Zugabe von “Scherung” erwies, die Turbulenzen im Plasma unterdr\u00fcckte.  Als jedoch gr\u00f6\u00dfere Ger\u00e4te auf diesem Modell gebaut wurden, wurde festgestellt, dass Plasma viel schneller als erwartet aus dem System austrat, viel schneller als ersetzt werden konnte.Mitte der 1960er Jahre schien der Stellarator-Ansatz eine Sackgasse zu sein.  Zus\u00e4tzlich zu den Kraftstoffverlustproblemen wurde auch berechnet, dass eine auf diesem System basierende Stromerzeugungsmaschine enorm sein w\u00fcrde, der gr\u00f6\u00dfte Teil von tausend Fu\u00df lang.  Als der Tokamak 1968 eingef\u00fchrt wurde, verschwand das Interesse an dem Stellarator und das neueste Design an der Princeton University, das Modell C, wurde schlie\u00dflich in den symmetrischen Tokamak umgewandelt.Stellaratoren haben seit der Jahrtausendwende ein erneutes Interesse gesehen, da sie einige Probleme vermeiden, die sp\u00e4ter im Tokamak auftreten.  Neuere Modelle wurden gebaut, aber diese bleiben ungef\u00e4hr zwei Generationen hinter den neuesten Tokamak-Designs zur\u00fcck.Tokamaks[edit]  In den sp\u00e4ten 1950er Jahren stellten sowjetische Forscher fest, dass die Knickinstabilit\u00e4t stark unterdr\u00fcckt werden w\u00fcrde, wenn die Verdrehungen im Pfad so stark w\u00e4ren, dass sich ein Partikel schneller als um die L\u00e4nge der Kammer um den Umfang des Innenraums der Kammer bewegte.  Dies w\u00fcrde erfordern, dass der Quetschstrom reduziert und die externen Stabilisierungsmagnete viel st\u00e4rker gemacht werden.1968 wurde die russische Forschung zum toroidalen Tokamak erstmals \u00f6ffentlich vorgestellt, mit Ergebnissen, die die bestehenden Bem\u00fchungen eines konkurrierenden Designs, ob magnetisch oder nicht, weit \u00fcbertrafen.  Seitdem basiert der Gro\u00dfteil der Anstrengungen zur magnetischen Begrenzung auf dem Tokamak-Prinzip.  Im Tokamak wird periodisch ein Strom durch das Plasma selbst getrieben, wodurch ein Feld “um” den Torus erzeugt wird, das sich mit dem Toroidfeld verbindet, um ein Wicklungsfeld zu erzeugen, das in gewisser Weise dem eines modernen Stellarators \u00e4hnlich ist, zumindest in dem sich die Kerne bewegen das Innere nach au\u00dfen des Ger\u00e4ts, w\u00e4hrend sie um es herum flie\u00dfen.1991 wurde START in Culham, Gro\u00dfbritannien, als erster speziell gebauter kugelf\u00f6rmiger Tokamak gebaut.  Dies war im Wesentlichen ein Sph\u00e4romak mit einem eingesetzten Mittelstab.  START lieferte beeindruckende Ergebnisse mit \u03b2-Werten von ungef\u00e4hr 40% – dreimal so viel wie damals von Standard-Tokamaks.  Das Konzept wurde auf h\u00f6here Plasmastr\u00f6me und gr\u00f6\u00dfere Gr\u00f6\u00dfen skaliert. Derzeit laufen die Experimente NSTX (USA), MAST (Gro\u00dfbritannien) und Globus-M (Russland).  Sph\u00e4rische Tokamaks haben im Vergleich zu herk\u00f6mmlichen Tokamaks verbesserte Stabilit\u00e4tseigenschaften, und als solche erh\u00e4lt der Bereich betr\u00e4chtliche experimentelle Aufmerksamkeit.  Bisherige kugelf\u00f6rmige Tokamaks befanden sich jedoch auf einem niedrigen Toroidfeld und sind daher f\u00fcr Fusionsneutronenvorrichtungen unpraktisch.Kompakte Toroide[edit]Kompakte Toroide, z. B. der Sph\u00e4romak und die feldumgekehrte Konfiguration, versuchen, die gute Begrenzung geschlossener magnetischer Oberfl\u00e4chenkonfigurationen mit der Einfachheit von Maschinen ohne zentralen Kern zu kombinieren.  Ein fr\u00fches Experiment dieser Art[dubious  \u2013 discuss]  in den 1970er Jahren war Trisops.  (Trisops feuerten zwei Theta-Quetschringe aufeinander zu.)Diese Abteilung braucht Erweiterung. Sie k\u00f6nnen helfen, indem Sie es hinzuf\u00fcgen.  ((Juni 2008)Andere[edit]Einige neuere Konfigurationen, die in Ringkernmaschinen hergestellt werden, sind die Umkehrfeldklemmung und das Levitierte Dipol-Experiment.Die US-Marine hat in einer US-Patentanmeldung f\u00fcr 2018 auch ein “Plasma Compression Fusion Device” beansprucht, das TW-Leistungsstufen erreichen kann:“Es ist ein Merkmal der vorliegenden Erfindung, eine Plasmakompressionsfusionsvorrichtung bereitzustellen, die Leistung im Gigawatt- bis Terawattbereich (und h\u00f6her) mit Eingangsleistung im Kilowatt- bis Megawattbereich erzeugen kann.”[2]Magnetische Fusionsenergie[edit]Alle diese Ger\u00e4te hatten erhebliche Probleme bei der Skalierung und bei der Ann\u00e4herung an das Lawson-Kriterium.  Ein Forscher hat das Problem des magnetischen Einschlusses in einfachen Worten beschrieben und es mit dem Zusammendr\u00fccken eines Ballons verglichen – die Luft wird immer versuchen, woanders herauszuspringen.  Turbulenzen im Plasma haben sich als ein Hauptproblem erwiesen, das dazu f\u00fchrt, dass das Plasma aus dem Einschlussbereich entweicht und m\u00f6glicherweise die W\u00e4nde des Beh\u00e4lters ber\u00fchrt.  In diesem Fall wird ein Prozess namens “Sputtern“, werden massereiche Partikel aus dem Beh\u00e4lter (h\u00e4ufig Stahl und andere Metalle) in den Fusionsbrennstoff eingemischt, wodurch dessen Temperatur gesenkt wird.1997 produzierten Wissenschaftler der Joint European Torus (JET) in Gro\u00dfbritannien 16 Megawatt Fusionsleistung.  Wissenschaftler k\u00f6nnen nun ein gewisses Ma\u00df an Kontrolle \u00fcber Plasmaturbulenzen und daraus resultierende Energieverluste aus\u00fcben, die lange Zeit als unvermeidbares und unl\u00f6sbares Merkmal von Plasmen angesehen wurden.  Es besteht ein erh\u00f6hter Optimismus, dass der Plasmadruck, \u00fcber dem sich das Plasma zerlegt, jetzt gro\u00df genug gemacht werden kann, um eine f\u00fcr ein Kraftwerk akzeptable Fusionsreaktionsrate aufrechtzuerhalten.[3]Elektromagnetische Wellen k\u00f6nnen injiziert und gesteuert werden, um die Wege der Plasmapartikel zu manipulieren und dann die gro\u00dfen elektrischen Str\u00f6me zu erzeugen, die zur Erzeugung der Magnetfelder zur Begrenzung des Plasmas erforderlich sind.[citation needed]  Diese und andere Steuerungsf\u00e4higkeiten sind auf Fortschritte beim grundlegenden Verst\u00e4ndnis der Plasmawissenschaft in Bereichen wie Plasmaturbulenz, plasmamakroskopische Stabilit\u00e4t und Plasmawellenausbreitung zur\u00fcckzuf\u00fchren.  Ein Gro\u00dfteil dieser Fortschritte wurde mit besonderem Schwerpunkt auf dem Tokamak erzielt.Siehe auch[edit]Verweise[edit]Externe Links[edit]     (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});after-content-x4"},{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BreadcrumbList","itemListElement":[{"@type":"ListItem","position":1,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/#breadcrumbitem","name":"Enzyklop\u00e4die"}},{"@type":"ListItem","position":2,"item":{"@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki12\/2020\/12\/26\/magnetic-confinement-fusion-wikipedia\/#breadcrumbitem","name":"Magnetic Confinement Fusion – Wikipedia"}}]}]