Dal MIT un diverso approccio alla fusione nucleare

[AlexGatti]

Non sono un addetto ai lavori ne un fisico e anzi chiedo aiuto a chi ne sa di più.
Le uniche cose che ho capito è che questo approccio è diverso dal tokamak e che si basa su un singolo dipolo magnetico.
La storia del mimare il campo magnetico terrestre mi pare una licenza del giornalista, nel senso che il campo magnetico terrestre ha due poli (del resto i monopoli non esistono o non sono stati ancora osservati) ma le similitudini finiscono qui.


MIT tests unique approach to fusion power
Mimicking Earth's magnetic field in a giant thermos bottle

David Chandler, MIT News Office
March 19, 2008

An MIT team has successfully tested a novel reactor that could chart a new path toward nuclear fusion, which could become a safe, reliable and nearly limitless source of energy.

After 10 years of design, construction and testing, the reactor achieved full operation for the first time last November. Some of the equipment used to monitor its performance wasn't working then, so another test run scheduled for this week is expected to produce data needed for the first formal report on the experimental results.

Fusion--the process that provides the sun's energy--occurs when two types of atoms fuse, creating a different element (typically helium) and releasing energy. The reactions can only occur at extremely high temperatures and pressures. Because the material is too hot to be contained by any material, fusion reactors work by holding the electrically charged gas, called plasma, in place with strong magnetic fields which keep it from ever touching the walls of the device.

The new reactor, called the Levitated Dipole Experiment, or LDX, reproduces the conditions necessary for fusion by imitating the kind of magnetic field that surrounds the planets Earth and Jupiter. A joint project by MIT and Columbia University, it consists of a supercooled, superconducting magnet about the size and shape of a large truck tire. When the reactor is in operation, this half-ton magnet is levitated inside a huge vacuum chamber, using another powerful magnet above the chamber to hold it aloft.

The advantage of the levitating system is that it requires no internal supporting structure, which would interfere with the magnetic field lines surrounding the donut-shaped magnet, explains Jay Kesner of MIT's Plasma Science and Fusion Center, joint director of LDX with Michael Mauel of Columbia. That allows the hot, dense electrically charged gas, or plasma, inside the reactor to flow along those magnetic field lines without bumping into any obstacles that would disrupt it (and the fusion process).

To produce a sustained fusion reaction the right kinds of materials must be confined under enormous, pressure, temperature and density. The "fuel" is typically a mix of deuterium and tritium (known as a D-T cycle), which are two isotopes of hydrogen, the simplest atom. A normal hydrogen atom contains just one proton and one electron, but deuterium adds one neutron, and tritium has two neutrons. So far, numerous experimental reactors using different methods have managed to produce some fusion reactions, but none has yet achieved the elusive goal of "breakeven," in which a reactor produces as much energy as it consumes. To be a practical power source, of course, will require it to put out more than it consumes.

If that can be achieved, many people think it could provide an abundant source of energy with no carbon emissions. The deuterium fuel can be obtained from seawater and there is a virtually limitless supply.

Most fusion experiments have been conducted inside donut-shaped (toroidal) chambers surrounded by magnets, a design that originated in the Soviet Union and is called by the Russian name Tokamak. MIT also operates the most powerful Tokamak reactor in the United States, the Alcator C-mod, which is located in the same building as the new LDX reactor. Tokamaks require a large number of magnets around the wall of the torus, and all of them must be working properly to keep the plasma confined and make fusion possible.

The new approach to fusion being tested in the LDX is the first to use the simplest kind of magnet, a dipole--one that has just two magnetic poles, known as north and south, just like the magnetic fields of Earth and Jupiter. Tokamaks and other fusion reactor designs use much more complex, multi-poled magnetic fields to confine the hot plasma.

Unlike the Tokamak design, in which the magnetic field must be narrowed to squeeze the hot plasma to greater density, in a dipole field the plasma naturally gets condensed, Kesner explains. Vibrations actually increase the density, whereas in a Tokamak any turbulence tends to spread out the hot plasma.

The renowned physicist Richard Feynman once compared confining a plasma inside the magnetic field in a Tokamak to "trying to hold Jell-O with rubber bands," says LDX chief experimentalist Darren Garnier of Columbia. "It's the difference between pulling and pushing." Whereas the Tokamak's magnetic field tries to push the plasma in from the outside, "we have the field lines on the inside, pulling on the plasma," which is inherently more stable, he says.

Another potential advantage of the LDX approach is that it could use a more advanced fuel cycle, known as D-D, with only deuterium. Although it's easier to get a self-sustaining reaction with D-T, tritium doesn't exist naturally and must be manufactured, and the reaction produces energetic neutrons that damage the structure. The D-D approach would avoid these problems.

The LDX magnet has coils made of superconducting niobium-tin alloy, which loses all electrical resistance when cooled below about 15 degrees Kelvin; in the device, it is cooled to 4 degrees Kelvin--4 degrees above absolute zero, or minus 269 degrees Celsius, a temperature that can only be achieved by surrounding the coils with liquid helium. This is the only superconducting magnet currently used in any U.S. fusion reactor.

When in full operation, the frigid magnet, contained in a double-walled vessel that is essentially a large thermos bottle, is surrounded by plasma heated to millions of degrees Celsius. Garnier says that in full operation, the system is quite literally a snowball in hell.

Besides providing data that might someday lead to a practical fusion reactor, the experimental device could provide important lessons about how planetary magnetic fields work, which is still poorly understood. So the experiment is of great interest to planetary physicists as well as to energy researchers.

Keeping the huge magnet levitated to just the right height requires a feedback system that constantly monitors its position, using eight laser beams, and then adjusts the power of the lifting magnet accordingly. "That was tricky to develop," Garnier says, and in early experiments "we did drop it a couple of times." Fortunately, they had designed the structure with a spring-mounted lifter under the magnet, used to lift it into its starting position, that could absorb the falling weight without damage.

The work is funded by the U.S. Department of Energy.

fonte: http://web.mit.edu/newsoffice/2008/ldx-tt0319.html

[Perry_Rhodan]

mi è venuto un dubbio atroce riguardo alla possibilià teorica di superare il "breakeven" nell'uso della fusione nucleare, dubbio che richiede l'intervento chiarificatore di un'esperta come Cristina

in sostanza:

in una stella le reazioni di fusione sono innescate grazie all'effetto della energia gravitazionale che "compatta" il gas a pressioni e temperatura tali per cui la fusione diventa possibile

il "sistema stella" non mi sembra che produca più energia di quanta ne consuma, produce energia estremamente utile è vero, ma nell'insieme richiede una energia gravitazionale maggiore per innescare il tutto e per mantenerlo in funzione evitando che la stella scoppi.

in un reattore a fusione abbiamo lo stesso problema, innescare una reazione di fusione e mantenerla, aggravato dal fatto che ci serve anche produrre energia utilizzabile in quantità ben maggiore di quella che consumiamo per il processo di innesco->mantenimento->controllo->alimentazione->prelievo dell'energia, e non possiamo sfruttare la scorta di energia gravitazionale.

ora io chiedo:
"siamo sicuri dal punto di vista teorico che sia possibile superare il punto di pareggio e fare in modo che il sistema reattore a fusione produca più energia di quanto consumi?"

Ciao

[gabi.2437]

Asp, l'energia non si crea e non si distrugge...

E nella stella l'attrazione gravitazionale è diciamo "aggratis", l'energia che si libera dalla fusione se ne va dalla stella... lasciando dietro di se appunto nuovi nuclei

[stbarlet]

Originariamente inviato da Perry_Rhodan

mi è venuto un dubbio atroce riguardo alla possibilià teorica di superare il "breakeven" nell'uso della fusione nucleare, dubbio che richiede l'intervento chiarificatore di un'esperta come Cristina

in sostanza:

in una stella le reazioni di fusione sono innescate grazie all'effetto della energia gravitazionale che "compatta" il gas a pressioni e temperatura tali per cui la fusione diventa possibile

il "sistema stella" non mi sembra che produca più energia di quanta ne consuma, produce energia estremamente utile è vero, ma nell'insieme richiede una energia gravitazionale maggiore per innescare il tutto e per mantenerlo in funzione evitando che la stella scoppi.

in un reattore a fusione abbiamo lo stesso problema, innescare una reazione di fusione e mantenerla, aggravato dal fatto che ci serve anche produrre energia utilizzabile in quantità ben maggiore di quella che consumiamo per il processo di innesco->mantenimento->controllo->alimentazione->prelievo dell'energia, e non possiamo sfruttare la scorta di energia gravitazionale.

ora io chiedo:
"siamo sicuri dal punto di vista teorico che sia possibile superare il punto di pareggio e fare in modo che il sistema reattore a fusione produca più energia di quanto consumi?"

Ciao

Beh dai, spero che la tua domanda se la siano posta parecchio tempo fa.. Una cosa è scoprire che a livello teorico non si supera il break-even , il che sarebbe imbarazzante visto che hanno già cominciato a costruire i reattori.. Una altra cosa, è scoprire che materialmente la cosa è impossibile..

[AlexGatti]

Originariamente inviato da Perry_Rhodan

in una stella le reazioni di fusione sono innescate grazie all'effetto della energia gravitazionale che "compatta" il gas a pressioni e temperatura tali per cui la fusione diventa possibile

il "sistema stella" non mi sembra che produca più energia di quanta ne consuma, produce energia estremamente utile è vero, ma nell'insieme richiede una energia gravitazionale maggiore per innescare il tutto e per mantenerlo in funzione evitando che la stella scoppi.

Non sono d'accordo, il sistema stella produce più energia dell'energia gravitazionale che lo mantiene in funzione e questo si dimostra semplicemente:
1) la stella controbilancia perfettamente la pressione gravitazionale che tende a farla collassare, infatti le dimensioni della stella rimangono costanti (almeno finchè la stella ha carburante, idrogeno). Quindi la stella produce almeno tanta energia quanto quella della forza di compressione gravitazionale
2) IN PIU', OLTRE a mantenere le sue dimensioni, la stella irraggia nel cosmo (e sulla terra, incidentalmente) una enorme quantità di energia attraverso i raggi solari.

Dunque il sistema stella supera grandemente il breakeven point.

[fabrylama]

Originariamente inviato da stbarlet

Beh dai, spero che la tua domanda se la siano posta parecchio tempo fa.. Una cosa è scoprire che a livello teorico non si supera il break-even , il che sarebbe imbarazzante visto che hanno già cominciato a costruire i reattori.. Una altra cosa, è scoprire che materialmente la cosa è impossibile..

nei reattori tipo tokamak si sa che l'efficienza aumenta con le dimensioni del sistema, nel JET si consumava più eneregia di quanta se ne sarebbe potuta ricavare, nell'ITER, in progettazione, il criterio di ignizione dovrebbe essere rispettato, quindi si potrebbe ricavarne energia (se fosse una centrale)

[:dissident:]

Originariamente inviato da Perry_Rhodan

ora io chiedo:
"siamo sicuri dal punto di vista teorico che sia possibile superare il punto di pareggio e fare in modo che il sistema reattore a fusione produca più energia di quanto consumi?"

Non è proprio così la questione.
L'obiettivo è convertire in energia fruibile ciò che prima non lo era, non produrre più energia di quanta e venga immessa (che in realtà è impossibile)

[stbarlet]

Originariamente inviato da :dissident:

Non è proprio così la questione.
L'obiettivo è convertire in energia fruibile ciò che prima non lo era, non produrre più energia di quanta e venga immessa (che in realtà è impossibile)

Non capisco che intendi..
Se intendi dire che per ora non si produce più energia di quanta ne venga usata per contenimento+ignizione ok.
Se intendi dire che mai sarà possibile sfruttare la fusione come fonte di energia allora no..

[:dissident:]

intendo che quello che vedi come "surplus" di energia è semplicemente ricavato dalla materia su cui agisce la fusione
ma era solo una risposta riguardante il dubbio sull'energia "creata", specificavo che non è creata ma trasformata

[stbarlet]

Originariamente inviato da :dissident:

intendo che quello che vedi come "surplus" di energia è semplicemente ricavato dalla materia su cui agisce la fusione
ma era solo una risposta riguardante il dubbio sull'energia "creata", specificavo che non è creata ma trasformata

ah ok

[Perry_Rhodan]

Originariamente inviato da :dissident:

intendo che quello che vedi come "surplus" di energia è semplicemente ricavato dalla materia su cui agisce la fusione
ma era solo una risposta riguardante il dubbio sull'energia "creata", specificavo che non è creata ma trasformata

appunto, ma la fusione nucleare non è un processo spontaneo (per fortuna), avviene sono in condizioni particolari e per innescarla, mantenerla, alimentarla di combustibile, raccogliere e utilizzare l'energia prodotta, richiede un apporto energetico enorme, energia che a regime dovrebbe essere fornita dall'apporto di materia sotto forma di idrogeno e degli altri isotopi "fondibili"

non ho assolutamente le basi teoriche e le conoscenze per darmi una risposta al mio dubbio, che diciamo pure per ora è di natura più "filosofica" che scientifica.

questa affermazione per un teorico processo di fusione a regime, è vera o potrebbe essere falsa???


energia utile > (Materia trasformata in energia - Energia per mantenere tutto il processo di fusione - energia dispersa non utilizzabile)

[:dissident:]

Beh se conosci la stranota equazione di einstein avrai un'idea delle quantità di energia in gioco..