JET-kernfusiereactor breekt energierecord met output van 59MJ

Onderzoekers van de JET-kernfusiereactor hebben hun bijna 25 jaar oude energierecord verbroken. De fusiereactor leverde gedurende 5 seconden een vermogen van ongeveer 11MW, voor een totale energie van 59MJ. Het oude record stond op 22MJ.

Het fusie-experiment dateert van 21 december 2021, maar de data is nu pas verwerkt en gepubliceerd. Het oude record is niet volledig gesneuveld. In 1997 slaagden de onderzoekers erin een piekvermogen van 16MW te laten genereren in de fusiereactor, maar de reactie kon maar korte tijd in stand worden gehouden. Dat leverde een energieoutput van 21,7MJ op. Hoewel het piekvermogen bij het nieuwe record lager lag, werd de fusiereactie langer in stand gehouden. Daardoor kon met een vermogen van 11MW een totale energieoutput van 59MJ worden gerealiseerd. De fusiereactie werd gedurende vijf seconden volgehouden, veel langer dan de ruime seconde van het record uit 1997.

Voor de fusie werd een plasma van deuterium en tritium gegenereerd en opgesloten in een tokamak-reactor. Zo'n reactor sluit het hete plasma met behulp van magneetvelden in, zodat het de wanden niet doet smelten. Deuterium- en tritium-protonen kunnen in het plasma fuseren tot onder meer helium, waarbij een deel van de massa van de reactanten wordt omgezet in energie. De JET-tokamak is een kleinere versie van de in aanbouw zijnde reactor van ITER; die laatste is ongeveer tien keer zo groot. Beide reactoren zijn onderzoeksreactoren die door een consortium van Europese onderzoeksinstituten worden ontwikkeld. De Joint European Torus staat in het Britse Oxford, terwijl ITER in aanbouw is in het zuiden van Frankrijk. Beide reactoren zijn niet bedoeld om daadwerkelijk voor energieproductie in gebruik te worden genomen, maar om de haalbaarheid van een commerciële kernfusiereactor te onderzoeken.

Met het nieuwe energierecord, en met name de duur van het in stand houden van het plasma, is een belangrijke stap naar die haalbaarheid gezet. De reactie van de JET-reactor is niet energiepositief. De Q-factor, de verhouding tussen ingebrachte energie en energieproductie, bedroeg bij het laatste experiment 0,33 bij de 5 seconden durende reactie. Pas met een Q-waarde boven de 1 levert een reactor netto energie. De JET-onderzoekers werken onder meer aan een manier om de geproduceerde warmte bij de uitlaat van de reactor in goede banen te leiden. Dat is iets dat bij de grotere ITER-reactor nog veel lastiger zal zijn.

Reacties (117)

[Tjidde]

Ik vraag mij af of dit ooit echt succesvol zal zijn.

Ik ben geen natuur/scheikundige maar hoe kan je meer energie generen dan je in een systeem stopt? Kan iemand mij dit uitleggen of dit wel kan?

Het zou gaaf zijn als men het voor elkaar krijgt om een cyclus te creëren waarbij je enkele nieuwe deuterium en tritium hoeft te voegen om in stand te houden.

[cold_as_ijs]

e = mc^2
ze laten 2 atomen fuseren. Deuterium en Tritium. Hieruit ontstaat Helium, vrije neutron en energie. Reden van de energie is dat de massa van deuterium (1 proton en 1 neutron) + tritium (1 proton en 2 neutronen) > 1 neutron + helium (2 neutronen en 2 protonen).

Dus massa wordt omgezet in energie.

[D.oomah]

De reactie is D+T = He + n. De energie komt niet uit het verdwijnen van deze neutron. (Deze neutron hebben we juist hard nodig, in de toekomst gaat dit gebruikt worden om T te maken in zogenoemde breedig blankets).

De energie komt puur en alleen uit de bindingsenergie 'tussen' de protonen en neutronen. De massa blijft gelijk. (Heel technisch verliezen we wel massa, want deze bindingsenergie wordt gemeten door de massa van de atomen. Maar het punt is dat we geen hele neutron verliezen).

Hier op aarde kunnen we alleen massa omzetten in energie in deeltjesversnellers.

[Reactie gewijzigd door D.oomah op 25 juli 2024 02:20]

[Vogel666]

Uhhm, er verdwijnt wel degelijk massa. dat is namelijk het hele concept achter E=MC^2 en alle kernenergie.
Feitelijk heeft het element IJzer (Fe) de laagste massa per proton. Elementen met meer protonen dan Fe zul je in de regel exothermisch kunnen splitsen en elementen met minder protonen zul je in de regel exothermisch kunnen fuseren.
En dan is er nog het een enn ander aan subatomaire deeltjes dat dit kan beinvloeden, waaronder een diversiteit aan hoeveelheid neutronen die per element kan voorkomen, die ik in deze versimpelde realiteit even vergeet omdat ze in de energiebalans ook weinig invloed hebben. Zij tellen wel sterk mee als het gaat om de stabiliteit van de atomen (en dus de splitsbaarheid). Laten we zeggen de drempelwaarde die je moet overstijgen om de reactie tot stand te brengen.

[D.oomah]

Het punt waar ik mee zat is zijn formule:

massa van deuterium (1 proton en 1 neutron) + tritium (1 proton en 2 neutronen) > 1 neutron + helium (2 neutronen en 2 protonen).

dit doet lijken alsof er 1 neutron aan energie opgewerkt wordt, terwijl het vele malen kleiner is.
De verkregen energie komt uit de bindingsenergie, dit had ik in een andere post ook al uitgelegd. Ja, technisch gezien wordt deze bindingsenergie toegekend aan de massa van het atoom (massa van D+T > massa He+n), maar deze massa heeft een naam en noemen we gewoon bindingsenergie.

E=mc^2 wordt alleen toegepast in subatomaire fysica, plus dat hij de extra neutron uit zijn vergelijking laat vind ik op z'n best misleidend.

[Vogel666]

Aaah, dat was me even ontgaan. De formule moet uiteraard in balans zijn.

[D.oomah]

En nu blijkt dat ik blind ben, en de neutron er wel instaat.

[styno]

In dat breeden zit meteen de crux. Je kunt nog zo'n goede kernfusie hebben, met netto energie opwek maar zonder breeden wordt kernfusie energie nooit een grootschalige optie (behalve dan PV, dat rijst juist de pan uit behalve qua kosten).

Onze fusiereactoren kunnen praktisch gezien alleen maar deuterium en tritium fuseren, voor andere elementen zijn te hoge drukken en temperaturen nodig. Deuterium kun je gewoon op aarde vinden. Tritium niet, dat wordt gemaakt in o.a. enkele type kernreactor, voornamelijk CANDU. Wereldwijd is er slechts een kleine voorraad Tritium welke ook maar kort bewaard kan worden omwille van diens halfwaarde tijd (7 jaar). Een kilo Tritium kost ongeveer $30 miljoen en er is te weinig productie om kernfusie zonder breeden mogelijk te maken. Tritium productie: 20kg/jr, benodigd 70kg per GWth productie per jaar.

Bij de D-T fusie komen neutronen vrij die gebruikt moeten gaan worden om Tritium te breeden uit Lithium dekens rondom de reactor. Rekening houdend met verliezen zal de reactor een breeding ratio van circa 1.1 moeten hebben waarmee de breeding dekens ontzettend efficient zullen moeten werken. Ik vraag me af of dit niet één van de twee achilleshielen van fusiereactoren blijkt te zijn.

De tweede achilleshiel is kosten, immers, net als gas- kolen- en kerncentrales is en fusiereactor niks meer of minder dan een ultraluxe waterkoker. Gas en kolen willen we van af en kerncentrales zijn al niet economisch rendabel, hoe een veel complexere fusiecentrale dan wel rendabel kan worden in een markt waarbij andere vormen van opwek met marginale kosten (zon en wind) steeds goedkoper wordt.

[Sharky]

Hier op aarde kunnen we alleen massa omzetten in energie in deeltjesversnellers.

Is radioactief verval ook niet gewoon massa die wordt omgezet in energie?

[D.oomah]

Ligt eraan hoe je ernaar kijkt. Massa omzetten in energie geeft de implicatie dat er een deel van het atoom verdwijnt. Ik hou hier niet zo van.

Elk atoom heeft een massa wat hoger is dan de som van zijn protonen en neutronen. Dus 1 deuterium atoom (1 proton en 1 neutron) heeft meer massa dan 1 proton en 1 neutron los van elkaar. Dit geldt voor alle atomen (waterstof uitgezonderd, is alleen een proton), maar de hoeveel het verschilt wisselt per atoom. Dit verschil in massa noemen we bindingsenergie.

Ik vind het daarom beter om naar het verschil in bindingsenergie te kijken. Ja, technisch gezien verdwijnt er massa dus het is niet fout. Maar ik vind het wel misleidend voor de leek om E=mc^2 aan te halen vanwege de onderliggende implicatie dat een deeltje verdwijnt, terwijl deze 'missende massa' gewoon een naam heeft.

[cold_as_ijs]

lees even goed, ik zeg nergens dat de neutron verdwijnt.
Verder is jou uitleg wel beter

[Reactie gewijzigd door cold_as_ijs op 25 juli 2024 02:20]

[D.oomah]

Misschien vinden sommigen het mierenneuken, maar jouw antwoord is op z'n best misleidend, volgens mij gewoon fout.

E=mc^2 wordt alleen gebruikt binnen de subatomaire fysica, bv om te verklaren waarom er twee fotonen uit het niets kunnen ontstaan. Of waarom subatomaire deeltjes spontaan in andere deeltjes kunnen veranderen.

Uit jouw verklaring:

massa van deuterium (1 proton en 1 neutron) + tritium (1 proton en 2 neutronen) > 1 neutron + helium (2 neutronen en 2 protonen).

Hierbij vergeet je totaal de neutron, waarbij je anderen het idee geeft dat de missende energie uit de neutron komt, terwijl deze neutron gewoon nog bestaat. Jouw formule zegt (1p+1n) + (1p+2n) > 2p+2n, terwijl het werkelijke antwoord (1p+1n) + (1p+2n) > (2p+2n) + 1n moet zijn.

De massa van deuterium (1p + 1n) is meer dan een losse proton en een losse neutron. Het verschil in deze massa noemen we de bindingsenergie. Dus de energie uit de reactie komt hieruit, uit deze bindingsenergie. Elke atoom heeft zijn eigen bindingsenergie (en als je chemisten vraagt, elke molecuul heeft ook weer bindingsenergie, dit is dan waar de verbranding van kool zijn energie uit haalt). Maar om dit op E=mc^2 te verhalen vind ik een stap te ver gaan.

[Reactie gewijzigd door D.oomah op 25 juli 2024 02:20]

[cold_as_ijs]

Ik vergeet geen neutron, aub lees nogmaals wat ik getypt heb. Deuterium + tritium heeft een hogere "massa" dan de neutron en helium. Waar zeg ik dat de neutron verdwijnt?

[D.oomah]

Haha oeps, nu zie ik het pas staan. My bad. Ik ben gewend dat de neutron als laatste genoemd wordt.

[Reactie gewijzigd door D.oomah op 25 juli 2024 02:20]

[willemdemoor]

Alle exotherme reacties leveren meer energie dan je erin stopt, denk aan het verbranden van benzine in je auto. (ooit is die energie natuurlijk in de brandstof gestopt, maar soit)

Fusie is de 'ultieme exotherme reactie', waarbij enorm veel energie vrijkomt. Het probleem is dat atomen het echt niet leuk vinden om dicht genoeg bij elkaar te komen om te fuseren. Daarom worden eerst de elektronen gestript en worden ze superheet gemaakt: een plasma. Dan bewegen ze zo hard, dat ze hard genoeg op elkaar botsen om te fuseren. Daarbij komt een heleboel energie vrij.

Dat produceren van een heel heet plasma kost echter een hoop energie, en als de fusiereactie een beetje wil, heb je een soort kernbom. Daarom wordt een beetje brandstof gebruikt, en aangezien het veel energie kost om fusie op gang te brengen en je maar weinig materiaal laat fuseren, is de energie die je erin stopt bijna altijd groter dan de energie die het oplevert.
Nog wel tenminste, want in een fusiereactor die op grote, commerciële schaal energie moet opwekken, moet er natuurlijk meer uitkomen dan erin gaat.

[Rannasha]

Dat produceren van een heel heet plasma kost echter een hoop energie, en als de fusiereactie een beetje wil, heb je een soort kernbom. Daarom wordt een beetje brandstof gebruikt, en aangezien het veel energie kost om fusie op gang te brengen en je maar weinig materiaal laat fuseren, is de energie die je erin stopt bijna altijd groter dan de energie die het oplevert.

Het belangrijkste aspect hier is de mate waarin energie-input en output schalen met de afmetingen van de reactor.

Als je een reactor pakt en die in alle richtingen 2 keer zo groot maakt, dan zal het volume van de reactor 8 keer zo groot worden. Het oppervlak van de reactor wordt echter maar 4 keer zo groot (volume schaalt met de derde macht, oppervlakte met het kwadraat).

De energieproductie in een reactor is grofweg proportioneel met het volume, terwijl het plasma warmte verliest via het oppervlak van de reactor. Het energieverlies is dus proportioneel met het oppervlak. Dus als je een reactor in alle richtingen groter maakt, dan neemt de energieproductie harder toe dan het energieverlies. Uiteindelijk kom je dus bij een punt waarbij de productie het verlies overstijgt.

"Size matters" is dus zeker waar bij fusiereactoren (op basis van magnetische confinement in ieder geval). Bijkomend effect is dat hoewel er ongetwijfeld optimalisaties mogelijk zijn, het altijd het geval zou blijven dat 1 grote reactor efficienter zal zijn dan 2 kleintjes met hetzelfde gezamelijke volume.

[Dooxed]

Ja, maar je gaat voorbij aan de beperkende factor. Je kan niet zomaar opschalen, want bij grotere volumes neemt de plasma-instabiliteit enorm toe. Hierdoor krijg je allerlei problemen zoals turbulentie (dan raakt je superhete plasma ergens de muur, en smelt deze) of runaway particles. Een kleiner plasma is redelijk makkelijk in bedwang te houden maar hoe groter hoe lastiger. Check ook even de Wendelstein 7-X opstelling als je geïnteresseerd bent. (https://www.nemokennislin...d-ontwerp-voor-kernfusie/)

[Reactie gewijzigd door Dooxed op 25 juli 2024 02:20]

[jimshatt]

Wendelstein is echt heel interessant. Ik hoop dat ze hiermee alle records zullen verbreken.

[bamboe]

Dan krijgen ze toch nog gelijk en komen we binnen kort orks, elven en dwergen tegen op onze wereld....

[Coolsaet]

Het hoeft niet altijd met deuterium en tritium. Je kan bij Focused Fusion ook Boron 11 gebruiken. Dat vergt minder energie om een fusie reactie op gang te brengen. LPP Fusion https://lppfusion.com/ gebruikt dit process en claimt de hoogste Q factor tot nu toe gehaald te hebben. De reactor kan tevens veel kleiner gemaakt worden, wat het ontwikkelen en exploiteren ook stukken goedkoper maakt.

[YopY]

Boron klinkt interessant; ik heb een wiki artikel gescanned en die geeft aan dat boron zelf ongeveer zo giftig is als tafelzout, en de straling die tijdens fusie er vanaf komt zijn alleen alfa golven die makkelijk op te vangen zijn en zelfs naar energie om te zetten zijn.

[AtariXLfanboy]

Daar zit het probleem dan ook niet. Maar Boor/Borium is zeldzaam en moeilijk in pure vorm te maken.
"Elemental boron is rare and poorly studied because the pure material is extremely difficult to prepare. Most studies of "boron" involve samples that contain small amounts of carbon."
https://en.wikipedia.org/wiki/Boron
Van Deuterium is er iig genoeg op aarde en kan dus gewoon uit zeewater gehaald worden. Tritium hoopt men uiteindelijk te maken door in de reactor de neutronenstraling op Lithium te laten inwerken wat dus tot kleine beetjes Tritium kan leiden
https://www.iter.org/mag/14/56
Het zijn dus dit soort experimenten die misschien nog wel belangrijker zijn dan het aantonen van werkbare kernfusie op zich die ook andere type reactoren zoals de Helix variant realistischer kunnen maken

Edit : Als ik me de Binas grafiek goed herinner loopt het 'massaverlies' en dus energieproductie boven Helium ook snel af? Dat lijkt me dan dus als pure Boor maken veel energie kost een economisch doodlopende weg.

[Reactie gewijzigd door AtariXLfanboy op 25 juli 2024 02:20]

[D.oomah]

De energie zit al in de atomen. De verbinding tussen protonen en neutronen binnen een atoom kost energie, zogenoemde bindingsenergie. Door deze protonen en neutronen op een betere manier samen te voegen is er minder energie nodig. De overgebleven energie komt dan vrij, o.a. als warmte.

Ouderwetse kernsplitsing deed dit door zware atomen te splitsen. Fusie doet dit door lichte atomen samen te voegen. Het kantelpunt hiertussen ligt bij ijzer.

[Martijn.C.V]

In de basis heb je gelijk: Je kunt van energie niet meer energie maken. Het wordt niet meer en niet minder.

Dat is hier ook nog steeds van toepassing, enkel net even anders: We stoppen er materie in wat we laten fuseren (vandaar fusiereactor). Daar komt Helium en een neutron uit. Bij dit proces komt heel veel hitte vrij. Dat vangen we op en zetten we om met bv een turbine.

Deze pagina legt het (nederlands!) simpel uit en is makkelijk leesbaar: https://www.natuurkunde.n...nfusiereactor-de-toekomst

Waar ze nu bezig mee zijn is tweeledig: Proberen de energie die nodig is voor de fusie te verlagen en de energie die eruit komt efficiënter te verwerken. De verwachting is dat we die verhouding dusdanig kunnen verbeteren dat we het rendabel kunnen maken.

Dus:
- We stoppen er energie in om alles te koelen en de magnetische velden goed te houden etc,
- We stoppen er energie in in de vorm van materie, een paar moleculen is al heel veel energie
- We krijgen er energie uit in de vorm van hitte die we benutten.

De "meer energie eruit krijgen" is dus voornamelijk door efficientere systemen te bouwen. Deze experimenten zijn om inzichten te krijgen hoe we dat voor elkaar kunnen krijgen.

[Reactie gewijzigd door Martijn.C.V op 25 juli 2024 02:20]

[Jan VP]

Energie wordt idd nooit "gemaakt" uit het niets of verdwijnt zomaar; enkel omgezet van de ene vorm naar een andere. Omdat er een verband is tussen massa en energie (de bekende formule van Einstein), kan je elementen laten samensmelten die samen minder energie nodig hebben om stabiel te bestaan dan afzonderlijk. Dat energieverschil komt dan vrij.

[86ul]

Dat wordt technisch toch Energie converteren genoemd?

[Jan VP]

Blijkbaar, maar "omgezet" is een correct synoniem.

[P_Tingen]

Damn, zelden zo'n compacte en bruikbare uitleg gezien

[thunder7]

Je stopt er massa in, die er als energie weer uit komt.

[100tibor]

Dit is een mooie uitleg: https://www.youtube.com/watch?v=92aJl_sjui0
Het komt kortgezegd neer op E=Mc^2. En de massa voor de fusie is hoger dan de massa na de fusie. En de massa die "verdwijnt" wordt omgezet in energie.

[ikt]

Bij het samensmelten van twee atomen is de massa van het resultaat iets kleiner dan de totale massa van de individuele atomen. Het "overige" gewicht wordt rechtstreeks energie. Hoeveel, dat is te berekenen met de alom bekende E=mc^2.

Het kost echter energie om die twee atomen samen te laten smelten, maar als je dat proces onder controle krijgt, kun je in principe oneindig veel energie genereren, tot je waterstof op is. Erin komt waterstof, eruit komt een hoop warmte en helium.

[Reactie gewijzigd door ikt op 25 juli 2024 02:20]

[Bremsy]

Het is van het soort atoom afhankelijk of samensmelten energie kost of oplevert. Het maken van atomen die lichter zijn dan het ijzer atoom levert energie. Het maken van atomen die zwaarder zijn dan ijzer atomen kost energie.
Om de atomen te laten samensmelten, moeten ze wel eerst een heel hoge snelheid hebben waarmee ze op elkaar moeten botsen. Dat kost heel veel energie. Als ze dan botsen en dan samensmelten, komt er nog meer energie vrij.

[xelnaha]

Met als bijkomend voordeel dat we ook weer feest ballonnen kunnen vullen

[mOrPhie]

Ik ben geen natuur/scheikundige maar hoe kan je meer energie generen dan je in een systeem stopt? Kan iemand mij dit uitleggen of dit wel kan?

https://simple.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion

[M. v. Mullem]

https://www.youtube.com/w...esagt%E2%80%93InaNutshell

Het betreft al een wat ouder filmpje, maar hierin wordt kernfusie wel begrijpelijk uitgelegd.

[cold_as_ijs]

overigens de uitdaging zit hem niet per definitie in de natuurkunde zelf, het zit hem voornamelijk in een proces op te zetten dat zichzelf in stand houdt. Wat ze nu bijvoorbeeld doen is op de wand van de reactor hebben ze platen zitten van een bepaald materiaal. Als de vrije neutron daar op inslaat wordt er tritium vrij gemaakt. Deuterium wordt als gas aangevoerd. Verder moet de helium worden afgevoerd en alles moet gebeuren bij extreem hoge temperaturen.

[bbob]

Heel kort door de bocht atoombom geeft gigantische hoeveelheid energie vrij.
Kerncentrale haalt ook energie uit kernsplitsing.
Met kernfusie moet je als het +1 werkt energie gebruiken om een proces op te starten wat daarna meer energie opbrengt. Zie het als de accu die je nodig hebt om een motor te starten die daarna meer stroom kan genereren dan je er in stopt via kernfusie.

[Anoniem: 511810]

Het gaat hier om omzetting...
Er wordt energie ingestopt in onder andere koeling, magneten, e-velden, versnellen, etc. Die energie, die uit het stopcontact getrokken wordt, is nu dus in de verhouding 3:1 tot de energie die als warmte uit het aparaat werd gewonnen. Uiteindelijk, om boven de '1' uit te komen, moet de warmte geproduceerd door het fuseren van waterstof isotopen groter zijn als de (electrische) energie die erin gestopt wordt.

Zo wordt er geen hokus pokus gedaan, er vind immers kernfusie plaats die de warmte genereerd. Alleen u nog niet genoeg (of iig moet er meer in als er (in dezelfde tijd) uitkomt.

[KillerHVO]

Kijk omhoog naar onze zon.

[Tjidde]

Maar de zon heeft mega veel massa waarbij zwaartekracht deel van de energie verzocht.

Moet er dan niet mega veel energie ingestopt worden voor dat deze stabiel kan draaien? Kunnen wij zo veel energie produceren?

Vraag het mij echt af. Omdat ik wel wat dingen geleerd heb in school over massa en energie maar dat gaat wel een stukje verder.

[KillerHVO]

Als ik het antwoord zou weten op die vraag had mijn en vrijwel iedereen zijn leven er heel anders uitgezien Ik hoop dat het ons lukt, leuk iig dat ITER in Frankrijk staat. Jules Verne schreef immers ooit over onderzeeërs, in 80 dagen de wereld rond en afgeschoten worden naar de maan en ook toen verklaarde men hem voor gek.

[Budha]

Hij schreef ook over een reis naar het middelpunt van de aarde.

[Xm0ur3r]

Nou, wie weet ooit

[Left]

Klopt, er moet mega veel energie in om de fusiereactie tot stand te brengen. En daarna nog een keer om de reactie in toom te houden. Dat is de grote uitdaging van fusietechnologie.
Tot nu toe is het nog niet gelukt om netto energie over te houden bij een gecontroleerde fusiereactie maar ze komen er steeds dichter in de buurt ..

[rbr320]

Om even een misverstand dat je blijkbaar hebt uit de weg te ruimen: zwaartekracht in die zin is geen kracht die een energiebijdrage levert aan het hele proces van kernfusie in sterren. Het enige waar de enorme zwaartekracht die een ster op zijn omgeving uitoefent voor zorgt is dat deze niet uit elkaar klapt.

[Seth_Chaos]

De hoeveelheid energie die nodig is om de reactie tot stand te brengen valt relatief gezien wel mee. De twee grootste uitdagingen zijn de reactie lang genoeg in stand houden dat het netto wat gaat opleveren, zonder dat je reactor weg smelt. En het overbrengen van die hitte naar turbines zodat we al die energie om kunnen zetten in electriciteit. Dat eerste probleem lost in theorie de ITER centrale op door de schaal te vergroten. Uitdaging twee is/wordt een nog veel groter probleem.

[boot020]

https://www.youtube.com/watch?v=92aJl_sjui0

[AtariXLfanboy]

Probeert iemand me hier te RickRollen ?

[TwiekertBOB]

Eenvoudig:

E = MC2

Energie is massa en andersom. dus je kunt energie halen uit iets met massa, oftewel: er zit energie opgesloten in elk materiaal. Het gaat er dus om die energie er uit te halen met minder energie dan je ervoor terugkrijgt.

Maar dit zegt een niet natuurkundige... dus verbeter me waar nodig.

[kiang]

Ik ben geen natuur/scheikundige maar hoe kan je meer energie generen dan je in een systeem stopt? Kan iemand mij dit uitleggen of dit wel kan?

Dat is wat we in energiecentrales doen he: beetje hitte + gas = veel hitte -> die energie vormen we om tot stroom.

[Bremsy]

Bij de klassieke energiecentrales vinden chemische reacties (verbrandingen) plaats. Hierbij wordt chemische energie omgezet in warmte. Bij kerncentrales (splijting en fusie) vinden kernreacties plaats. Hier wordt massa omgezet in warmte (E=mc^2). Er hoeft maar hem weinig massa omgezet te worden om heel veel energie te leveren.

Dit is dus niet wat (gewone) energiecentrales doen.

[kiang]

...zei ik dat dan?

Er werd gevraagd "hoe kan het dat je er veel energie uithaalt als je er maar weinig instopt?", en op dat vlak zijn verbrandingsscentrales hetzelfde als kerncentrales.

Wat wel anders is is hernieuwbare energie, zoals waterkracht, wind, zon, en geothermische centrales, omdat daar simpelweg energie uit de omgeving wordt ingezet naar stroom, dus niet het principe "ik voeg een beetje energie en wat brandstoffen toe aan het systeem om er veel energie uit te halen".

[YGDRASSIL]

De zon genereert continu energie en daar wordt niks ingestopt dus het kan wel...

[Bremsy]

De zon stopt dat de massa van waterstof en helium atomen in. Deze worden omgezet in zwaardere atomen met in totaal minder massa. De zon verliest dus massa.

[Reactie gewijzigd door Bremsy op 25 juli 2024 02:20]

[batteries4ever]

Stel je voor dat je die energie zou kunnen opvangen met panelen, of dat die straling de lucht op zou warmen, die dan gaat stromen en om te zetten is in electrische energie.
Dan heb je fusie energie op veilige afstand en zonder afval ...
maar ja, dat zal wel altijd een utopie blijven

[Reactie gewijzigd door batteries4ever op 25 juli 2024 02:20]

[YGDRASSIL]

Eens. Maar dan moeten we die zonnepanelen wel zo p[laatsen dat ze in de winter ook goed werken. In space dus. En dan de electrische energie beamen naar aarde. Niet misbruikbaar als een wapen. Dat wordt lastig.

[batteries4ever]

Dat gaat i.i.g. niet lukken (factor 1000 te duur). Maar het schijnt dat het 's winters ook waait, weleswaar niet de hele tijd maar met nieuw opslagmethoden en b.v. fossile centrales om de gaten te dichten zou dat kunnen lukken.

[k995]

1 enkel atoom bevat redelijk wat energie hoor, denk maar aan kernsplitsing bijvoorbeeld.
Wat ze hiermee dus bedoelen is "we moeten minder energie steken om dit atoom te laten fusioneren dan wat de reactie van die fusie oplevert"

[tweakmember]

https://youtu.be/mZsaaturR6E

[Coolstart]

Goede vraag, veel complexe antwoorden hier. Hopelijk kan ik het wat eenvoudiger uitleggen:

Fossiele brandstoffen werken ook zo. We verbranden ze en je krijgt energie terug. Kernfusie is net hetzelfde. Olie en gas zijn trouwens ook afkomstig van zonne-energie. Zonnenergie als in licht werkt ook zo. De kernfusie op/in de zon straalt ondermeer fotonen uit. Die kunnen we weer omzetten in bruikbare energie zoals warmte (zonnecolector) of elektriciteit (zonnepaneel).

Bij kernfusie zullen er twee kernen samensmelten tot een nieuwe kern. Tijdens dat proces komt energie vrij. De totale massa van de nieuwe samengesmolten kern is lager dan de de twee andere kernen en de missende massa wordt omgezet naar energie. Want E=mc2 --> Je kan geen massa verliezen zonder energie in de plaats te krijgen. Je krijt een beetje Helium en een energierijke neutron in de plaats.

Van waar de gratis massa komt weten we niet. Dat is de big bang etc. Ooit was er niets, dan de big bang en dan veel materie. Waterstof etc. Niemand begrijpt de big bang maar we weten dat massa energie is. Die materie en de energie die in materie zit is dus `gratis`. Je wil die energie er dus uithalen. Net zoals we nu al uit een blok hout energie kunnen halen door het te verwarmen.

Nu blijkt dat als je twee atomen (Deuterium & tritium) samenvoegt (fusion) er energie vrijkomt. Net zoals er energie vrijkomt als je een gasfles laat ontploffen of hout laat branden. Enige nadeel is dat hout en gas eindig zijn en eigenlijk weinig bevatten.

In onze atmosfeer zijn gasexplosies geen probleem maar kernfusie kan pas werken bij veel hogere temperaturen of hogere drukken. De zon is zo groot dat de druk dankzij zwaartekracht gigantisch is. Dankzij die enorme druk is op de zon kernfusie een constante. Op aarde kunnen we die druk niet repoduceren en moeten we de temperatuur opdrijven om kernen te laten fuseren.

Temperatuur opdrijven op aarde = energie toevoegen. In zo'n aardse reactor is het plasma zelfs warmer dan de zon. Na kernfusie krijg je er veel meer warmte en helium voor in de plaats. Die warmte kan je omzetten in elektrische energie. Gelukkig komt er meer engergie vrij dan je er insteekt. Dat is bewezen. Het enige probleem is de hoge temperatuur. Die loopt zo hard op dat reactor zou smelten. Ze proberen met magneten het plasma te laten zweven in het luchtledige zodat het hete plasma niet direct in contact komt met de reactor. Dat blijkt te werken!

De volgende uitdaging is de extra warmte en helium die vrijkomt direct te ventileren of gebruiken. Ook dat lukt. Wil je continu energie produceren moet je continu nieuwe materie toevoegen. Die cyclus is zover ik weet nog niet bewezen. De toekomstige testreactor ITER zou 500-1000 seconden kunnen werken. Veel meer dan de 5 seconden dat we vandaag kunnen maar uiteindelijk wil je volcontinue energie maken en daar zijn we nog lang niet.

[Reactie gewijzigd door Coolstart op 25 juli 2024 02:20]

[Plexodus]

Al wat ouder, maar ik kan dit artikel van harte aanbevelen.

[IngamerX]

Interessant artikel, dank voor delen, +3

[Anoniem: 428562]

Hmm, vorig jaar heeft in China een fusie reactor 17 minuten gedraaid.
Echter niet met deuterium en tritium (waterstof isotopen) maar met waterstof plasma.

https://www.dailymail.co....MILLION-F-17-minutes.html

https://www.heise.de/news...-Millionen-C-6316278.html

[Reactie gewijzigd door Anoniem: 428562 op 25 juli 2024 02:20]

[wildpicture]

Als de EU nu eens zou besluiten om de helft van de EU subsidies voor landbouw niet meer aan de boeren te geven, maar in research voor kernfusie zou stoppen. En dat de komende 30-40 jaar ieder jaar opnieuw. Dan zouden we de volgende helft van deze eeuw het gehele energie en opwarmingsprobleem opgelost hebben. Nog los van wat de verdere ontwikkeling van de wetenschap ons allemaal op zou leveren.

[Baarth]

Of het gehele klimaatbudget + kerosine subsidie hierin steken. Dan ben je er binnen 5 jaar.

[akooijman]

Als honderd geleerden in honderd jaar een fusiereactor kunnen bouwen kunnen kunnen duizend geleerden het in tien jaar bedoel je?
Zou het echt zo simpel zijn?
Er wordt al minstens dertig jaar best veel geld en energie in gestoken, ik heb het vermoeden dat het niet alleen een geldkwestie is maar we simpelweg nog niet weten hoe we zo'n machine moeten bouwen.

[blazez]

Aan de andere kant, als 1 locatie met honderd geleerden onderzoeken kunnen doen, kunnen dan tien locaties met ieder honderd geleerden tien keer meer onderzoeken doen. Meer tests en proeven van meerdere aspecten, kanten en methoden bijvoorbeeld.
zou je dan niet (veel) sneller bij een werkend systeem kunnen komen.

[Scriptkid]

je bedoelt we hebben 30 jaar de kraan dicht gedraaien en komen er nu achter dat dat niet slim was en will nu ineens een inhaal slag proberen,

2 vrouwen kunnen toch echt geen baby op de wereld zetten in 4,5 maand

[matroosoft]

Dit. Bij ontwikkeling van een nieuw product/proces/techniek is impact van meer arbeidskrachten maar tot op bepaalde hoogte nuttig. Daarna wordt het alleen maar inefficiënter.

Denk aan een pitstop. Uiteindelijk kan je daar 500 man neerzetten, maar dat helpt die coureur echt niet sneller dan een normaal team. Sterker nog, waarschijnlijk duurt het een stuk langer, omdat iedereen elkaar in de weg loopt.

[Anoniem: 1201820]

Meer teams kan wel helpen om een ontwikkelingsduur te verkorten. Het is geen zwangerschap die een bepaald traject met vooraf bepaalde tijdsduren dient te doorlopen. Net zoals een tang iets anders is dan een varken.

[akooijman]

Veel van de benodigde technologie kan pas ontwikkeld worden als de kern van het systeem werkt.

Je kunt geen auto ontwikkelen als je niet (globaal) weet voor hoeveel personen, hoeveel bagage, welke snelheid, (vooral niet als de benzinemotor nog niet uitgevonden is en je dus geen idee hebt hoe groot en hoe krachtig die zal zijn).

[mpkossen]

Negen vrouwen krijgen ook niet in een maand een kind.

Als het zo eenvoudig was, was er ongetwijfeld al meer ingestoken. Er wordt flink geïnvesteerd in kernfusie, maar er is nog veel onbekend. Het kost tijd om hier meer over te leren.

[Daantie]

Ik vind dit een kromme vergelijking. Met 9 vrouwen kan je namelijk 9 kinderen maken in 9 maanden. Als het dan een onderzoek zou zijn naar de ontwikkeling van babies of complicaties tijdens een zwangerschap heb je meer data na 9 maanden dan met 1 vrouw en 1 kind.

Ik zie dat ook zo bij fusie reactoren. Als je er meerdere tegelijk onderzoekt/bouwt die net even iets anders in elkaar zitten heb je meer data dan bij 1. Want mocht die ene dan toch niet voldoen, moet je daarna weer opnieuw met ontwerp, test en bouw beginnen.

Edit: dat laatste zal ongetwijfeld ook gebeuren. De vergelijking zou dan meer zijn of je 10 onderzoekers hebt per vrouw, of 100. Van veel meer onderzoekers per vrouw zal het onderzoek niet sneller gaan.

[Reactie gewijzigd door Daantie op 25 juli 2024 02:20]

[mpkossen]

Helemaal met je eens dat het kan helpen er meer tegelijk te bouwen. Ik ben niet bekend genoeg met fusiereactoren om te kunnen bepalen of dat mogelijk is. Als experimenten sequentieel moeten worden uitgevoerd dan weet ik niet of het zin heeft. Anders wel.

[Arrogant]

En de foksubsidie voor mensen afschaffen.

[StGermain]

Wil je nog graag eten op je bord?

[sniek]

offtopic:
Wat een heerlijke post met nog veel fijnere comments. Dank voor mijn koffiemoment mensen!

Domme vraag wellicht, maar er wordt her en der geschetst dat het een onhaalbaar systeem lijkt. Waarom wordt er dan zoveel in geïnvesteerd? Is dit de heilige graal van energie opwekken en gokken ze op een utoptisch resultaat of is dit stiekem toch meer haalbaar als gedacht?

Als we Elon moeten geloven kun je de wereld van stroom voorzien met de zon alleen. Kost een paar hectare en wat kobalt, maar dan heb je ook wat.

[AtariXLfanboy]

Als we Elon moet geloven. Nou precies daar heb je het probleem al. De man heeft al zo'n waslijst van onjuiste voorspellingen gedaan dat het ook hier compleet ongeloofwaardig is.

[com2,1ghz]

Nu eentje die in mijn kruipruimte past en ben ik tevreden.

[Splorky]

Dan wil ik er wel een die in de kofferbak past als we dan toch verzoekjes doen.

[pjottum]

Wel een DeLorian nodig dan.

[Anoniem: 30722]

Geweldige stap! Want kernfusie is eigenlijk de enige manier van kernenergie die houdbaar is.

[White Feather]

Ik wil echt niet weten wat voor bedrag deze 59 MJ gekost heeft.

Daar zijn de huidige energieprijzen niets bij

[mOrPhie]

Ik wil echt niet weten wat voor bedrag deze 59 MJ gekost heeft.

Ik denk dat je het als grapje bedoelt, maar ik zal happen. Op de ontwikkeling van kernfusie is natuurlijk Economies of Scale van toepassing, waarbij het op den duur juist aannemelijk is dat het produceren van energie steeds goedkoper wordt, naarmate we er meer van afnemen.

[arnem_]

Het is maar helemaal de vraag of die vlieger hier wel voldoende hoog komt. Zou dit proces ooit goedkoper kunnen worden dan kernsplitsing? Kernsplitsing is zelfs met allerlei subsidie en verborgen kosten, niet concurrerend meer met andere duurzame energiebronnen. Gaat het evident complexe proces van kernfusie ooit goedkoper kunnen worden dan kernsplitsing en dus mogelijk wel concurrerend worden?? Dat lijkt mij niet. Het is inmiddels een gelopen race.

De potentieële voordelen zijn natuurlijk wel voldoende groot om het te blijven proberen natuurlijk! Daar betaal ik toch graag belasting voor!

[Reactie gewijzigd door arnem_ op 25 juli 2024 02:20]

[choogen]

Beetje off-topic, maar zelfs indien het zou kloppen dat conventionele kernenergie qua prijs niet kan concurreren met duurzame energiebronnen (Frankrijk voorziet al decennialang grotendeels in zijn eigen energiebehoefte middels kerncentrales en exporteert ook nog kernenergie), dan nog kan het de moeite waard zijn om kernenergie op te wekken om een andere reden. Namelijk omdat windmolens en zonnepanelen geen constante energie-aanvoer kunnen garanderen, want soms waait het te hard of te zacht of schijnt er te weinig zon. Daarnaast zou je letterlijk half Nederland fysiek met zonnepanelen moeten vol leggen om zelfs maar in 20-25% vd huidige jaarlijkse Nederlandse energiebehoefte te kunnen voorzien. Dat is simpelweg niet haalbaar.

[batteries4ever]

Puntje, maar NL volzetten met kerncentrales van welke soort ook is ook niet zo tof...
En dat sommetje van Nederland volgooien met zonnepanelen lijkt me niet te kloppen: momentaan doet Europa iets van 22% met duurzame electriciteit. tuurlijk, dat is niet het hele energieverbruik (warmte, transport kosten ongeveer zoveel energie als electriciteit, dus zit je op 7% van het energieverbruik. En ja er staan al aardig wat turbines en er liggen al aardig wat zonnepanelen, maar echt vol is het nog niet...

[GekkePrutser]

Kernsplijting is altijd zo goedkoop geweest vanwege de arms race. Het is niet voor niets dat de landen met kernwapens zo groot zijn op nucleair gebied. Amerika, Frankrijk, Engeland, Rusland.

Niet dat die reactoren direct zijn gebruikt hiervoor hoor, meestal niet. Maar een deel van de support en leveringsketen is hetzelfde. Dus ze hadden er baat bij om dit economisch enorm te stimuleren met veel subsidie.

Die noodzaak is nu een stuk minder geworden, daarom lijkt het of kernsplijting opeens zo duur is geworden.

[Anoniem: 511810]

Elementary, gewoon een kwestie van (negatief) belasten, dan wordt het vanzelf economisch rendabel

Zeg maar de D66 methode.

incoming downvotes in 3.2.1

[Anoniem: 30722]

Ontwikkeling kost geld. dus als dat een euro of 2 per kWh is zal het me niet verbazen nee 🤣
Ach, tegen de tijd dat het bruikbaar is misschien wel een normale prijs 🙈

[White Feather]

Lol, ze hebben nu een team van 5.000 man en ze werken er al 20 jaar aan sinds het vorige record.

Deze 59MJ is 16kWh las ik ergens.

Dan is de prijs waarschijnlijk meer dan een miljard per kWh.

[cherrycoke]

Zolang de q-factor onder de 1 blijft ben ik niet onder de indruk.

[PjotterP]

Het gaat om de progressie.

[DitisKees]

ITER moet een q factor boven de 1 kunnen halen, dat zal in JET nooit lukken. Het doel is om bij ITER een factor 10 te bereiken, namelijk een output van 500MW bij een input van 50MW.
De resultaten van dit onderzoek bij JET zullen straks bij ITER vast weer van pas komen.

[Reactie gewijzigd door DitisKees op 25 juli 2024 02:20]

[ArachneNet]

q10? damn, dat is wel wat zeg.. Cool!

[AtariXLfanboy]

Ja voor commerciële opwekking van stroom schat men ongeveer Q=14 nodig te hebben. (volgens een rapport van Iter ooit) Vergeet niet dat het bouwen erg duur is en dat zeker Tritium ook duur spul is.

[akooijman]

Met als kanttekening dat Q tot nu toe altijd gegeven wordt over het primaire proces: warmte is nog geen stroom en alle grappenmakerij om het beest te voeden en te koelen zit ook niet in het sommetje.

[AtariXLfanboy]

Misschien zou een volgende stap bij JET het vervangen van de magneten kunnen zijn? Het doel van JET en ITER is iig fundamenteel onderzoek : Het resultaat van ITER kan ook erg belangrijk voor bv Helix achtige varianten kunnen zijn en gelukkig kan dus een niet zo modulaire en dus minder voor wetenschappelijk geschikte reactor (zeker met keramische supergeleide magneten) een stuk kleiner en goedkoper worden. Maar JET toont weer aan dat dit experimenten erg nuttig kunnen zijn en al is dan Iter eigenlijk al weer verouderd voor dat het gebruikt gaat worden het toch mogelijk van onschatbare waarde voor alle superhete plasma toepassingen kan zijn.

[Taarmen]

Met die instelling krijgt de wereld nooit iets nieuws. Pas onder de indruk zijn als het af was, was de eerste vlucht ook geen nieuws, pas toen de eerste mens om de maan vloog?

[Tomatoman]

Een q-factor boven de 1 is ook nooit het ontwerpcriterium van de JET-reactor geweest. Uit het nieuwsbericht:

Beide reactoren zijn niet bedoeld om daadwerkelijk voor energieproductie in gebruik te worden genomen, maar om de haalbaarheid van een commerciële kernfusiereactor te onderzoeken.

[th4k1ck3r]

Gelukkig is het doel van het onderzoek niet om jou onder de indruk te laten zijn.

[GekkePrutser]

59MJ klinkt veel maar dat is helemaal niet zo veel We hebben het over 16kWh, het dagverbruik van 1 gemiddeld huishouden

Mooie mijlpaal maar er zijn er nog heel veel te gaan.

[AtariXLfanboy]

Met een Q van 0.33 betekent het dus ook maar 48kWh direct voor gebruikt is. Dat houdt uiteraard geen rekening met de bouw, grondstoffen en de gebruikte brandstof. Maar toch... de gigantische energie die er ingestopt moet worden valt dus iig bij de JET nog wel mee?

[GekkePrutser]

Inderdaad, dit valt me ook heel erg mee. Ik dacht dat het veel meer was.

Zo weinig zelfs dat het eigenlijk niet kan kloppen met de hoge temperaturen die benodigd zijn Ik vraag me af of de initiele opwarming hierbij zit of alleen de tijd van energie generatie?

[Reactie gewijzigd door GekkePrutser op 25 juli 2024 02:20]

[styno]

De benodigde energie is afhankelijk van de hoeveelheid atomen waarvan je de temperatuur wilt verhogen hé.

In dit geval was die 59MJ de opgewekte energie* (11MW 5 seconden lang) waarbij de Q-factor 0.33 was, oftewel om die 59 MJ op te wekken was 177 MJ energie nodig uit het elektriciteitsnet.

* Energie onttrokken uit de reactor bij diens uitlaat.

[Reactie gewijzigd door styno op 25 juli 2024 02:20]

[AtariXLfanboy]

Door de kleine hoeveelheden brandstof die je nodig hebt om een behoorlijke output te krijgen valt dus inderdaad mee, maar het is wel in een hele korte periode. Maar de totale stroomconsumptie om het proces op gang te krijgen valt dus daarom nog wel mee. Voor elk experiment het stroomverbruik van een paar huishoudens lijkt me geen issue. Bij Iter is dat uiteraard meer en komt daar bv de Helium koeling nog eens overheen.

[Armselig]

Mooi spul dat kernfusie, heeft niet veel nodig en weinig of geen afval zoals bij reguliere kern-energie.

Kernfusie zou, als het aan de wetenschap ligt, de energievorm van de toekomst moeten zijn. Om het uiteindelijk als alledaagse krachtbron te gebruiken, is het nodig dat er voor langere tijd energie opgewekt kan worden. Het is een schone manier van energie opwekken omdat er nauwelijks fossiele brandstoffen voor worden gebruikt. Daarnaast komt er nagenoeg geen radioactief afval vrij zoals in de huidige kerncentrales wel gebeurt.

Bron: Nos
Maar goed, helaas dus (nog) niet op grote schaal inzetbaar.

Editje: Vreemd genoeg moet je op Dumpert zijn voor de beelden: https://www.dumpert.nl/?selectedId=100022186_e3bac383

[Reactie gewijzigd door Armselig op 25 juli 2024 02:20]