Fusion

7 röster
6728 visningar
uppladdat: 2007-04-25
Nedanstående innehåll är skapat av Mimers Brunns besökare. Kommentera arbete
1. Inledning

Människans behov av energi har ständigt ökat. Förnyelsebara energikällor som vatten- och vindkraft räcker inte till. Fossila bränslen som kol, gas och olja börjar bli bristvara och skapar miljöproblem. Kärnkraften är idag mycket betydelsefull, men innebär problem, bl. a. med avfallshantering och olycksrisker. Man har länge sökt andra energiformer som är effektiva, miljövänliga och förnyelsebara.
Sedan 50 år har man forskat på den process som skapar energin på solen.
Man vet att den huvudsakliga processen i solen utgörs av sammanslagning av lättare atomer till tyngre, så kallad fusion. Målet är att skapa ett kraftverk som drivs av fusionsenergi, i princip en minisol. Människan kan redan åstadkomma en fusion som avger en enorm mängd energi, men där energin är svår att kontrollera. Denna energi kan idag därför bara användas destruktivt i form av vätebomber.
Den forskning som man idag satsar ofantliga summor pengar på, är hur man kan skapa en kontrollerad fusion och ta till vara på energin på ett effektivt sätt. Om man lyckas, kanske det är lösningen på människans energiproblem.

I detta arbete redogörs för principen för fusion och dess förutsättningar samt problem och risker. Vi har försökt att göra arbetet så lättförståeligt och överskådligt som möjligt och har därför valt att förenkla vissa teorier.

2. Metod
2.2 Metod och källkritik
Vi har valt att använda oss av bibliotekets databas och NE.se till grunderna för vårt arbete därför att de är säkra källor. Vi tänker även använda oss av uppsatserna på hemsidan,
Mimers Brunn, som är skrivna av gymnasieelever för att de är lättbegripliga och översiktliga. Vi har även lånat en bok på Brandbergens bibliotek som heter
”Fusion - framtidens energikälla?” av T.Adolfsson, för att den ger en djupare inblick i den avancerade fysiken. Boken jämförde även fusion med fission, som vi tyckte var viktigt när vi skulle inse fördelarna med fusion.

2.3 Frågeställningar:

Vi skrev lite frågeställningar till oss själva för att underlätta arbetet.

- Varför fungerar inte fusionskraft ännu?
- Hur påverkar fusionen miljön?
- Finns det någon risk för en härdsmälta?
- Blir det något radioaktivt avfall från fusionsreaktorn?
- Hur mycket energi kan man egentligen få ut av fusionen?
- Vad kommer hända med fusion i framtiden?
- Vilken är principen för fusion?

3. Beskrivning och undersökning
3.1 Beskrivning

Precis som i solen innebär fusion att man slår ihop två atomer så att de tillsammans bildar en ny, tyngre, atom. Den vanligaste varianten av fusion, också den som man kommit längst på, är den så kallade ”tritium- och deuteriumfusionen” (T+D fusionen). Där slår man, som man hör på namnet, ihop väteisotoperna tritium (3H) och deuterium (2H). De bildar då en heliumatom (4He). Vid fusionen frigörs energi i form av värme.

För att lyckas med fusion är det viktigt med hög partikeltäthet och en väldigt hög temperatur; närmare 100 miljoner grader. Vid denna temperatur övergår materian till en form som kallas plasma. I plasmaform blir atomerna instabila, d.v.s. elektronernas bindning till kärnan bryts. Atomkärnorna blir då positivt laddade joner. Normalt vill dessa stöta bort (repellera) varandra, men i den höga temperaturen rör sig jonerna så snabbt att de kan kollidera och smälta samman. I samband med sammanslagningen frigörs energin.
Inget material på jorden tål denna höga temperatur som krävs för detta. För att kunna komprimera fusionsbränslet tillräckligt, krävs också en mycket hög gravitation. Jorden har inte den gravitation som krävs. Den måste därför skapas på konstgjord väg.
För att åstadkomma de höga temperaturer som krävs, forskar man på olika metoder så som att leda ström eller radiovågor genom plasman eller komprimera den med hjälp av magnetfält.

Metoder
En möjlig teknik för att åstadkomma en kontrollerad fusion är att använda en magnetkammare, en så kallad Tokamakkammare. Tokamaken är ungefär formad som en badring, en så kallad torus. För att tokamakens väggar inte skall smälta och för att plasman inte skall kylas ned, hålls den skild från kammarens väggar med hjälp av mycket starka magnetfält. Det finns andra möjliga typer av reaktorer men tokamak-tekniken är den som man kommit längst med att utveckla.

Kall fusion
Kall fusion är när atomkärnorna smälter ihop utan upphettning. Vid kall fusion slipper man alltså det onödiga slöseriet med den energi som krävs för att hetta upp plasman till 100 miljoner grader.
Drömmen för de flesta fusionsforskare har alltid varit att kunna genomföra den kalla fusionen. År 1989 påstod två amerikanska forskare att de hade lyckats med kall fusion. De fick mycket uppmärksamhet för den historiska upptäckten, men när de skulle offentliggöra experimentet så vågade de inte göra det i rädsla om att någon skulle stjäla deras uppfinning och ta patent på den. Forskarna glömdes bort och sedan dess har andra forskare fortsatt sina försök i hopp om att kunna lyckas genomföra kall fusion, samtidigt som många andra hävdar att den kalla fusionen helt enkelt är omöjlig.

3.2 Undersökning

Varför fungerar inte fusionskraft ännu?
Det finns flera problem med att få fusionskraften att fungera korrekt. Ett problem är att få reaktionen att starta upp och när den väl gjort det, sedan fortgå av sig själv. Med dagens teknologi måste man totalt tillföra mer energi än den som kan utvinnas.
Ett annat problem är att skapa och behålla de extremt höga temperaturer som krävs. Antagligen behöver man använda sig av flera olika uppvärmningssätt samtidigt .
Att neutronerna är ”ovilliga” att hålla kvar energin inom inneslutningskärlets väggar är också ett stort problem.
Vid fusionsförsöken har neutronerna nämligen dragit med sig stora delar av den utvunna energin i kylmediet runt omkring.

Hur påverkar fusionen miljön?
Eftersom fusionsprocessen inte avger några utsläpp, så påverkas inte miljön ur den synpunkten. Dessutom finns bränslet, deuterium och tritium, helt naturligt, i stora mängder, i våra hav.

Finns det någon risk för en härdsmälta?
En härdsmälta kan inte inträffa på samma sätt som i en traditionell atomreaktor
(dvs. en fissionsreaktor), eftersom fusionsprocessen avstannar helt om antingen värmetillförseln eller bränslet tas bort.
I ett fissionskraftverk innebär oftast en härdsmälta en total katastrof. De högt radioaktiva ämnena i bränslet, såsom cesium, strontium och plutonium, sprids lång väg och orsakar mängder av missbildningar och cancersjukdomar, även lång tid efter härdsmältan.

Blir det något radioaktivt avfall från fusionsreaktorn?
Väggarna som absorberar energin från de enskilda neutronerna blir radioaktiva efter en viss tids användning och måste därför förvaras avskilt tills radioaktiviteten har sönderdelats.
I nuläget räknar man med att väggarna blir ofarliga efter ungefär 100 års förvaring, men forskarna tror att den tiden kan krympa ända ner till 10 år med rätt val av material och tillverkningssätt. Man kan jämföra de här siffrorna med avfallet från ett kärnkraftverk, där halveringstiden på avfallet är ca: 10 000 år.

Hur mycket energi kan man egentligen få ut av fusionen?
Fusion är den energikälla som idag ger mest energi/kg bränsle.
När man t. ex förbränner 1 kg kol får man ut i genomsnitt 6 kWh. Om man förbränner 1l bensin får man ut i genomsnitt 10 kWh. Låt oss jämföra de här siffrorna med de energimängder som man får ut genom att använda sig av kärnbränsle. Om man då förbränner 1kg av uranisotopen 235 i ett kärnkraftverk så får man ut som mest 20 GWh eller 20 000 000 kWh. Om vi istället kan få igång fusionsreaktionerna ger 1 kg bränsle cirka 150 000 000 kWh eller 150 GWh.

Vad kommer hända med fusion i framtiden?
Forskarna räknar med att kunna ta fusionskraft i bruk runt år 2050. Problemet med forskningen är det väldigt höga priset. Bara den nya testreaktorn ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) kommer att kosta över 60 miljarder kronor (!). ITER beräknas vara färdigt för forskning år 2016, om det inte blir försenat.


4. Egna åsikter

Det har varit intressant och lärorikt att skriva detta arbete om fusion. Vi har lärt oss mycket från att i princip inte veta något om fusion innan vi började. Vi tror även att fusion är framtidens energikälla, vi måste bara ge oss tid att utveckla tekniken till fullo. Vi är dock lite kritiska till det årtal som forskarna har givit för första officiella strömproducerande reaktorn (år 2050), med tanke på att den nya testreaktorn ITER kommer ta 10 år att bygga. Efter det planeras en till testreaktor vid namn IFMIF och sedan efter den en demo-reaktor som ska visa att man verkligen kan göra en riktig fusionsreaktor som producerar så mycket energi att den blir den ledande energikällan. Först efter demo-reaktorn ska man bygga en ”riktig” reaktor som producerar ström som allmänheten kan ta del av. Vi tror dock att det kan vara möjligt vid ungefär år 2080 att få detta kraftverk att skapa energi.

___________


Edit: Jag har skrivit detta arbete tillsammans med min käre vän Arvid von Konow, så självklart ska jag inte ta åt mig all ära för det. :)

Synd att jag inte fick med bilderna som vi tagit med i Word-dokumentet, man förstod lite bättre då (enligt min åsikt). Dock så har jag nämnt bildkällorna i källförteckningen så att ni som vill kan titta på dem.

Tacksam för all feedback!

Huvudkällor:
http://sv.wikipedia.org/wiki/Huvudsida
”F...

...läs fortsättningen genom att logga in dig.

Medlemskap krävs

För att komma åt allt innehåll på Mimers Brunn måste du vara medlem och inloggad.
Kontot skapar du endast via facebook.

Källor för arbetet

Saknas

Kommentera arbetet: Fusion

 
Tack för din kommentar! Ladda om sidan för att se den. ×
Det verkar som att du glömde skriva något ×
Du måste vara inloggad för att kunna kommentera. ×
Något verkar ha gått fel med din kommentar, försök igen! ×

Kommentarer på arbetet

Inga kommentarer än :(

Källhänvisning

Petter Björkman [2007-04-25]   Fusion
Mimers Brunn [Online]. http://mimersbrunn.se/article?id=8011 [2018-04-21]

Rapportera det här arbetet

Är det något du ogillar med arbetet? Rapportera
Vad är problemet?



Mimers Brunns personal granskar flaggade arbeten kontinuerligt för att upptäcka om något strider mot riktlinjerna för webbplatsen. Arbeten som inte följer riktlinjerna tas bort och upprepade överträdelser kan leda till att användarens konto avslutas.
Din rapportering har mottagits, tack så mycket. ×
Du måste vara inloggad för att kunna rapportera arbeten. ×
Något verkar ha gått fel med din rapportering, försök igen. ×
Det verkar som om du har glömt något att specificera ×
Du har redan rapporterat det här arbetet. Vi gör vårt bästa för att så snabbt som möjligt granska arbetet. ×

Logga in med Facebook