Stellen Sie sich eine Welt ohne vom Menschen verursachten Klimawandel, Energiekrise oder Abhängigkeit von fremdem Öl vor. Es mag nach einer Traumwelt klingen, aber die Ingenieure der University of Tennessee, Knoxville, haben einen großen Schritt in Richtung der Verwirklichung dieses Szenarios getan.
Forscher und Mitarbeiter des Magnet Development Laboratory von UT bereiten das zentrale Solenoid-Modell für den Vakuumdruckimprägnierungsprozess vor
UT-Forscher haben erfolgreich eine Schlüsseltechnologie für die Entwicklung eines experimentellen Reaktors entwickelt, mit der die Machbarkeit der Fusionsenergie für das Stromnetz nachgewiesen werden kann. Die Kernfusion verspricht mehr Energie als die heute verwendete Kernspaltung, aber mit weitaus weniger Risiken.
Die Professoren für Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und Biomedizintechnik, David Irick, Madhu Madhukar und Masood Parang, sind an einem Projekt beteiligt, an dem die USA, fünf weitere Nationen und die Europäische Union, bekannt als ITER, beteiligt sind. UT-Forscher haben diese Woche einen entscheidenden Schritt für das Projekt vollzogen, indem sie ihre Technologie erfolgreich getestet haben, mit der das zentrale Solenoid - das Rückgrat des Reaktors - isoliert und stabilisiert wird.
ITER baut einen Fusionsreaktor, der die zehnfache Menge an Energie erzeugen soll, die er verbraucht. Die Anlage befindet sich derzeit in der Nähe von Cadarache, Frankreich, im Bau und wird im Jahr 2020 ihren Betrieb aufnehmen.
"Das Ziel von ITER ist es, Fusionsenergie auf den kommerziellen Markt zu bringen", sagte Madhukar.„Fusionskraft ist sicherer und effizienter als Kernspaltungskraft. Es besteht keine Gefahr von außer Kontrolle geratenen Reaktionen wie bei Kernspaltungsreaktionen in Japan und Tschernobyl, und es gibt wenig radioaktiven Abfall. “
Im Gegensatz zu den heutigen Kernspaltungsreaktoren wird bei der Fusion ein ähnlicher Prozess angewendet, der die Sonne antreibt.
Seit 2008 haben Professoren für Ingenieurwissenschaften in UT und etwa fünfzehn Studenten im Magnet Development Laboratory (MDL) von UT am Pellissippi Parkway an der Entwicklung von Technologien gearbeitet, die dazu dienen, den mehr als 1.000 Tonnen schweren Zentralmagneten zu isolieren und für strukturelle Integrität zu sorgen.
Ein Tokamak-Reaktor verwendet Magnetfelder, um das Plasma - ein heißes, elektrisch geladenes Gas, das als Brennstoff für den Reaktor dient - in die Form eines Torus zu bringen. Der Zentralmagnet, der aus sechs übereinander gestapelten Riesenspulen besteht, spielt die Hauptrolle, indem er den Plasmastrom sowohl zündet als auch steuert.
Der Schlüssel zum Aufschließen der Technologie bestand darin, das richtige Material zu finden - eine Mischung aus Glasfasern und Epoxychemikalien, die bei hohen Temperaturen flüssig ist und beim Aushärten hart wird - und dieses Material in alle erforderlichen Räume innerhalb des Zentralmagneten einzuführen. Die spezielle Mischung sorgt für elektrische Isolierung und Festigkeit der schweren Struktur. Durch den Imprägnierungsprozess wird das Material im richtigen Tempo bewegt, wobei Temperatur, Druck, Vakuum und die Durchflussrate des Materials berücksichtigt werden.
Diese Woche testete das UT-Team die Technologie in seinem Modell des zentralen Magnetleiters.
"Während der Epoxy-Imprägnierung waren wir in einem Wettlauf gegen die Zeit", sagte Madhukar. „Mit dem Epoxid haben wir diese konkurrierenden Parameter. Je höher die Temperatur, desto niedriger die Viskosität. Aber je höher die Temperatur, desto kürzer ist auch die Lebensdauer des Epoxids. “
Es dauerte zwei Jahre, um die Technologie zu entwickeln, mehr als zwei Tage, um das zentrale Solenoid-Modell und mehrere Paare wachsamer Augen zu imprägnieren, um sicherzustellen, dass alles nach Plan lief.
Es tat
In diesem Sommer wird die Technologie des Teams an den US-amerikanischen ITER-Industriepartner General Atomics in San Diego übergeben, der den Zentralmagneten bauen und nach Frankreich liefern wird.
ITER - entwickelt, um die wissenschaftliche und technologische Machbarkeit der Fusionskraft zu demonstrieren - wird der weltweit größte Tokamak sein. Als ITER-Mitglied erhalten die USA uneingeschränkten Zugang zu allen von ITER entwickelten Technologie- und wissenschaftlichen Daten, tragen jedoch weniger als 10 Prozent der Baukosten, die auf die Partnerländer entfallen. US ITER ist ein Projekt des Department of Energy Office of Science, das vom Oak Ridge National Laboratory verwaltet wird.
Neuauflage mit Genehmigung der University of Tennessee.