Wat is fusie? Fusieop aarde Fusiebrandstof Onderzoek naar fusie ...
Transcript of Wat is fusie? Fusieop aarde Fusiebrandstof Onderzoek naar fusie ...
This poster was developed by Verdult - Kennis in Beeld (www.kennisinbeeld.nl) and was
commissioned by the FOM-Institute for Plasma Physics Rijnhuizen (www.fusie-energie.nl,
www.rijnh.nl) and EFDA (www.efda.org). See also www.iter.org.
This publication, made possible by the financial support of the European Commission, was produced within the framework of the European Fusion Development Agreement (EFDA). The EFDA-partners are the European Com-
mission and the parties associated with the European fusion program. Neither the Commission, nor the associated parties or anyone representing them, can be held responsible for damage that results from the information in this
publication. The opinions expressed are not necessarily those of the European Commission.
Nothing in this publication may be reproduced and/or made public by means of printing, offset, photocopy or microfilm or in any digital,
electronic, optical or any other form without the prior written permission of FOM-Rijnhuizen and Verdult – Kennis in beeld.
Verdult - New Media Design. Copyright © 2005 FOM-Rijnhuizen/Verdult - Kennis in Beeld, the Netherlands. All rights reserved.
12
4
1
2
3
4
3
33 mg deuterium 50 mg tritium 360 liter benzine
2002 2050
5 gram lithiumerts 1 vat = 159 liter1 liter zeewater
1650 kgolie/jaar
per persoon6 miljardmensen
Totaal energieverbruik, uitgedrukt in kilogram olie-equivalent.*
bronnen van primaire energie in het jaar 2003, bron IEA Energy Statistics
*
*3000 kgolie/jaar
per persoon9 miljardmensen
Het fusieproces
Twee lichte atoomkernen — deuterium
en tritium — fuseren en vormen een
magneten
Sterke magneten zorgen ervoor
dat het hete plasma niet tegen
de wand kan komen, maar rondjes
in het vat blijven draaien
mens
lengte 1,85 m
reactorvat
circa 10 m hoog
plasma
Het plasma in een tokamak
kan tien maal zo heet zijn
als het centrum van de zon.
microgolven
Het plasma wordt onder andere met
microgolven opgewarmd, net als
in een magnetron.
turbines transformator
elektriciteit
stoomkoelwater
34,5 %olie
kolen
gas
biomassa, afval
kern-splijting
waterkracht
geothermisch
wind
zon
getijden
24,5 %
21,2 %
10,6 %
6,5 %
2,2 %
0,416 %
0,051 %
0,039 %
0,0005 % *
100 %
200 %
Fossielebrandstoffen
80 %
deuterium
tritium
helium
neutron
Tokamak
Ringvormig reactorvat
voor kernfusie op aarde
Energie is belangrijkBij vrijwel alles wat we doen en gebruiken — autorijden,
verwarming, koken, tv, muziek, reizen, telefoon, schoon
water — hebben we energie nodig. Als we willen blijven
leven zoals we dat nu doen, moeten we er voor zorgen
dat we ook in de toekomst voldoende energie hebben.
We gebruiken steeds meer energieOver 50 jaar zijn er 9 miljard
mensen op aarde, terwijl er
nu 6 miljard zijn. Al die extra
mensen hebben ook energie
nodig. Bovendien ontwikke-
len landen als China en India
zich razendsnel. Het resul-
taat is dat in 2050 de wereld-
bevolking twee keer zoveel
energie zal gebruiken als
vandaag.
We moeten ons milieu beschermenBijna 80% van onze energie wordt
opgewekt met het verbranden van
kolen, olie en gas (fossiele brandstof-
fen). Daarbij komt CO2 vrij, een broei-
kasgas. Broeikasgassen veranderen
ons klimaat: meer heftige weersom-
standigheden zoals stormen, orkanen
en droogtes. Als de temperatuur op
aarde te snel stijgt, kunnen planten
en dieren uitsterven. Als we niet
willen dat dit gebeurt moeten we stop-
pen met CO2 uitstoten.
Olie, kolen en gas raken opOlie, gas en kolen zijn ontstaan uit
prehistorische planten en dieren die
zo'n 300 tot 400 miljoen jaar geleden
op aarde leefden. Wij gebruiken
fossiele brandstoffen veel sneller
dan ze worden gevormd, en als we
doorgaan met olie, gas en kolen te
gebruiken zoals we nu doen, komen
we deze eeuw flink tekort. De olie
zal duurder worden en we worden
steeds afhankelijker van de import
van energie uit andere landen.
Een mix van CO2-vrijeenergie
2
2
Wat is fusie?Kernfusie is het proces
waarbij twee atoomkernen
samensmelten en een
zwaarder atoom vormen.
Het is de energiebron van
de zon en de sterren. Wan-
neer lichte atomen zoals
waterstof fuseren, komt
daarbij veel energie vrij.
Kernfusie is het tegenover-
gestelde van kernsplijting,
waarbij zware atomen
worden gesplitst in kleinere
delen.
Omdat atoomkernen elkaar
afstoten door hun positieve
lading, moeten ze met een
hoge snelheid tegen elkaar
genoeg bij elkaar komen om
te fuseren. Dat betekent dat
fusie alleen mogelijk is bij
hele hoge temperaturen.
Fusie op aardeOp aarde willen we fusie als energiebron
gaan gebruiken omdat het veilig is, het is
milieuvriendelijk — bij fusie komen geen
broeikasgassen vrij die het klimaat
veranderen — en er is genoeg brandstof
voor iedereen op aarde aanwezig om
miljoenen jaren energie op te wekken.
FusiebrandstofOm op aarde fusie als energiebron te gebruiken wordt een speciaal gasmengsel tot
een zeer hoge temperatuur verwarmd. Als het gas warm genoeg is treedt fusie op.
Het gasmengsel (dit is de brandstof voor de fusiereactor, net als benzine in een auto)
bestaat uit twee soorten waterstof: deuterium en tritium.
Deuterium zit in zeewater, tritium wordt gemaakt uit lithium (een veel voorkomend
metaal). Lithium zit ook in lithiumbatterijen, die bijvoorbeeld laptops en mobiele
telefoons van stroom voorzien. Een liter water bevat 33 mg deuterium en daar zit
evenveel energie in als in 360 liter benzine (als je het fuseert met 50 mg tritium).
Er is genoeg fusiebrandstof op de wereld voor miljoenen jaren energievoorziening.
Onderzoek naar fusieOver de hele wereld doen mensen onderzoek naar fusie. Het grootste
fusie-experiment ter wereld is de Joint European Torus (JET)
in Groot-Brittannië. JET is nog te klein om als elektriciteitscentrale
maar aan soep in een lepel en soep in een bord), en als een
fusiereactor te klein is moet er meer energie in om hem warm te
houden dan er wordt geproduceerd door de fusiereacties.
Op dit moment bereidt de internationale fusiegemeenschap zich voor
op de volgende grote stap: het ITER project (zie beneden).
Het ITER projectDe volgende stap is het grote internationale ITER project.
De Europese Unie, Japan, India, China, Rusland,
Zuid-Korea en de Verenigde Staten willen samen laten zien
dat fusie werkt en dat het op grote schaal energie kan
opwekken. ITER wordt twee keer zo groot als JET en is
ontworpen om 500 MW energie te produceren – tien keer
zoveel als nodig is om het proces op gang te houden.
ITER zal worden gebouwd bij Cadarache, in Zuid-Frankrijk.
De bouw van ITER duurt tien jaar en moet rond 2016
klaar zijn. Als ITER een succes is, kan een
demonstratieversie van een fusie-elektri-
citeitscentrale worden gebouwd.
Werking van een fusiecentraleIn een toekomstige fusiecentrale worden de fusiebrandstoffen deuterium
en tritium verhit tot 150 miljoen graden. Het gas wordt op verschillende
manieren verhit, onder andere met microgolven zoals die in een
magnetron worden gebruikt om eten op te warmen.
Het hete gas wordt opgeslagen in een ringvormig vat. Om er voor te
zorgen dat het hete plasma de wand niet raakt (het plasma zou anders te
veel afkoelen) wordt er een sterk magneetveld in het vat aangelegd .
De plasmadeeltjes volgen het magneetveld en draaien eindeloos rondjes
in het vat, letterlijk tienduizenden kilometers, zonder de wand te raken.
Zo’n vat met magneetspoelen wordt tokamak genoemd.
Bij het fusieproces komen neutronen vrij die wel naar de
wand van het vat vliegen, omdat ze niet worden
beïnvloed door het magnetisch veld. In een toekomstige
fusiecentrale zouden ze in de wand hun energie afstaan
aan een koelvloeistof, en lithium omzetten in tritium.
Buiten de reactor zou de opgevangen warmte gebruikt
worden om stoom te maken, waarmee elektriciteit kan
worden geproduceerd (of bijvoorbeeld waterstof) .
Fusie is de energiebron van de zonIn het centrum van de zon smelt elke seconde 600 miljard kilogram waterstof samen
tot helium. Daarbij komt enorm veel energie vrij, waarvan een klein deel het leven
op aarde mogelijk maakt.
De temperatuur in het centrum van de zon is 15 miljoen graden Celsius. Bij zulke
hoge temperaturen vormt materie een plasma: de elektronen laten los van de
atoomkern en er ontstaat een gas van geladen deeltjes. De zon is een plasma, maar
ook een bliksemschicht en het gas in een tl-buis zijn voorbeelden van plasma’s.
Fusie produceert geen schadelijke stoffen en geen
broeikasgassen die het klimaat veranderen.
Veiligheid & Milieu
Bij het fusieproces zelf ontstaat geen radioactief afval. De metalen onderdelen van de
centrale zelf worden na verloop van tijd wel radioactief. Door goede materialen te
kiezen daalt de radioactiviteit snel, zodat het materiaal na zo’n 100 jaar bijvoorbeeld
opnieuw kan worden gebruikt, of relatief eenvoudig opgeslagen.
3
Veiligheid & MilieuTritium is een radioactieve stof, maar omdat het in de fusiecentrale gemaakt wordt (uit
lithium) en daar ook wordt gebruikt, blijft het transport van tritium buiten de centrale beperkt.
Strenge veiligheidsmaatregelen en een zorgvuldig ontwerp zorgen ervoor dat het tritium
binnen de centrale blijft.
4
Veiligheid & Milieu 2Fusie werkt net als een gaskachel. Op elk moment zit er
maar voor een paar seconden brandstof in het reactievat.
Als je de brandstofkraan dichtdraait stopt het fusieproces,
zodat de reactie nooit uit de hand kan lopen.
Veiligheid & Milieu 1
Fusie-energie FUSIEFUSIE ZonZon
Schonere energie voor de toekomstop aardeop aarde
==
Kernfusie is de energiebron van de zon en de sterren. Wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld werken samen om ook op aarde kernfusie als energiebron te leren gebruiken.
Als het onderzoek succesvol is, kan fusie-energie op termijn een belangrijke bijdrage leverenaan een schonere en duurzame energievoorziening.
neutronproton
De huidige energiebronnen
botsen voordat ze dicht
gebruikt te worden. Kleine dingen koelen sneller af dan grote (denk
Over 100 jaar moet onze hele
energievoorziening CO -vrij
zijn. Geen enkele energiebron
kan dat alleen af. We moeten
alle bronnen gebruiken die we
hebben: de zon, wind, water-
kracht, biomassa, aardwarmte,
kernsplijting, fossiele brand-
stoffen waarvan de CO wordt
opgeslagen, en kernfusie.
Alleen op die manier kunnen
we er voor zorgen dat er in de
toekomst voor iedereen vol-
doende energie beschikbaar is.
en heel veel energie.
heliumkern, een neutron