Sommes-nous témoins d'un conte de fées énergétique du 21e siècle?Les ingrédients d'un miracle de fusion nucléaire seraient disponibles: des recherches aux frontières de la physique, une percée grâce à l'intelligence artificielle, la jeune start-up en tant que héros, pesant des chercheurs établis et finalement la fin heureuse: au début de la 2030, la première centrale de fusion va à la grille de puissance dans le monde entier,Son nom: Stellaris.
Nous expliquons ce que les Stellaris devraient être et comment exactement la "fusion nucléaire" de rêve attendue depuis longtemps devrait devenir une réalité dans toutes nos vies.
De la simulation à Alpha puis Stellaris
Proxima Fusion a été fondée de l'Institut Max Planck pour la plasmaphysique (IPP). Il s'agit d'une procédure typique si des concepts de la science doivent être mis en œuvre commercialement.
Cependant, la société basée à Munich est le premier spin-off de l'affaire IPP, dont le projet le plus célèbre est le réacteur de test Wendelstein 7-X à Greifswald.
Stellaris est basé sur lui, c'est aussi un stellaire. Selon Proxima, cependant, il se fait dans tous les typesLe premier projet mondial par des expertsUn réacteur pour une centrale de fusion commerciale. Outre les anciens scientifiques de l'IPP, le personnel de Google, Tesla, l'équipe McLaren-Formula 1 et SpaceX.
Les trois approches de base pour les centrales de fusion de base:
Nous connaissons trois grandes branches sur lesquelles la recherche sur la fusion nucléaire se déroule en parallèle:
- Tokamak
- Stellaire
- Fusion d'inertie
En dehors de ce qu'ils se séparent les uns des autres, ils ont une chose en commun:Ils chauffent l'eau à l'aide de la chaleur obtenue, la vapeur entraîne une turbine et génère un courant électrique qui s'écoule dans le réseau. Sur les derniers mètres dans vos locaux, les centrales à fusion ne font rien de plus que le charbon, le gaz ou les centrales nucléaires.
Seulement, ils ne tirent pas la chaleur de la combustion de l'énergie fossile liée chimiquement (charbon et gaz) ou du fractionnement de noyaux très lourds (centrales nucléaires).
Au lieu de cela, fusionnez avec leKernfusionDeux atomes légers à un plus lourd. Principalement deux atomes d'eau, à partir de laquelle l'hélium est créé. L'énergie est principalement libérée sous forme de neutrons. Ce processus se fait dans un plasma si appelé.
Plasmaest appelé le quatrième état de base de la matière (ferme, fluide, gazeux, plasma). Il se forme dans lequel le gaz se réchauffe. Dès que la fusion nucléaire fonctionne, elle maintient le plasma à la température elle-même, mais il faut un ruisseau à démarrer de l'extérieur.
Tokamak: Ils représentent l'approche la plus ancienne et la plus recherchée. Il y a un transformateur au milieu de l'anneau de beignet. Cela crée un courant à partir du plasma généré dans la chambre. Ce n'est que grâce à ces deux systèmes en interaction (transformateur plus bobines magnétiques externes) que la masse extrêmement chaude peut être maintenue dans un état qui permet aux atomes d'eau de fusionner les uns avec les autres.
Le problème: le transformateur doit être éteint régulièrement. Les tokamaks ne conviennent donc pas à un fonctionnement continu - ils auront toujours besoin de pauses pour définir même en fonctionnement industriel.
Stellaire:Au lieu de dans une chambre régulière, le plasma coule à travers un tunnel serré également tordu. Le plasma serpente presque rapidement. Son inclusion et son contrôle ont lieu par un seul champ magnétique, qui est formé par des aimants en forme d'anneau. Contrairement au tokamak, il n'y a pas de courant de courant à travers le plasma lui-même, car la disposition complexe des aimants extérieurs peut faire le travail seul. Un stellaire peut fonctionner en continu, il n'est pas nécessaire de s'éteindre par conception.
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Mais l'arrangement tridimensionnel et asymétrique s'est avéré être un monstre mathématique-physique. Seuls les superordinateurs ont pu effectuer les calculs nécessaires. Par conséquent, même le projet théorique du type de réacteurs du stellarator n'a pu avoir lieu à la fin du 20e siècle.
Fusion d'inertie:Ici, les sols ou les lasers forts sont tirés sur un petit point. Il y a une petite quantité de carburant (hydrogène) sous la forme d'un culot à l'intérieur d'une chambre de réaction. L'énergie qui apparaît en microsecondes conduit à une compression extrême, ce qui définit à son tour la fusion. Cependant, ce processus doit être répété souvent et régulièrement afin de créer de l'énergie sur la période plus longue. En principe, nous collectons presque l'énergie des bombes hydrogène miniatures explosives.
Des jalons importants ont récemment été atteints dans les tokamaks et dans le domaine de la fusion d'inertie:
Les facettes suivantes se trouvent au centre des progrès de Wendelstein vers le nouveau stellaire de Proxima Fusion:
- Une conception de champ magnétique qui répond à tous les objectifs d'optimisation physique importants pour la production d'énergie.
- Des aimants à forte énergie-super-super-conducteur sont utilisés, ce qui peut être plus petit en raison de leurs performances. Cela profite à la taille inférieure et à la construction fine exposée aux bobines de champ magnétique.
- Structures de support qui peuvent résister aux forces qui se comportent à pleine puissance
Moyenne 3D Vue de dessus et vue détaillée du canal plasmaLe projet Stellaris: Rosa colorée à l'intérieur est le canal du plasma. Sa forme irrégulière et sinueuse n'est pas une coïncidence, mais calculée à la fraction d'un millimètre. Les boucliers et les bobines magnétiques sont installées à l'extérieur. (Sources d'image: Proxima Fusion)
Cette étape de développement n'est possible que grâce à l'intelligence artificielle, car les modèles arithmétiques conventionnels ont même atteint leurs limites aux superordinateurs. Cependant, Stellaris ne s'appuie que sur des matériaux existants dont l'achat peut être basé sur des chemins déjà établis.
Afin de démontrer la fonctionnalité de votre concept, un démonstrateur nommé Alpha doit être créé comme un objectif intermédiaire. En 2031, il doit être le premier système d'histoire en fonctionnement continu dans l'opération de test que pour l'allumage et le fonctionnement.
Ceci est suivi par la construction de la première centrale, c'est-à-dire les Stellaris réels. Les années 2030 sont mentionnées comme une période pour sa connexion au réseau électrique.
Doutes sur les succès rapides
Indépendamment de Stellaris, plus en général sur tout le domaine de la fusion de base, de nombreux scientifiques rapportent des doutes sur l'utilisation rapide de la fusion nucléaire. Par exemple, dans un vaste article, nous avons résumé les déclarations de Josef M. Gaßner, qui est venue à l'esprit,
L'opinion des éditeurs:Malheureusement, cela fait partie de la vie quotidienne dans la recherche de fusion depuis des décennies, mais n'a jamais été reçu. La première centrale électrique du réseau était et n'est qu'à quelques années. Cependant, je pense qu'il est concevable que Stellaris en tant que couplage de l'un des réacteurs de test les plus avancés de l'humanité, Wendelstein 7-X, qui a le potentiel d'être plus rapide sur le net que les centrales électriques Tokamak. Les raisons en sont diverses, Josef M. Gaßner appelle le plus important dans l'article ci-dessus.
La fusion Proxima devrait être en mesure de travailler comme une start-up plus agile et en douceur que les grands alliés à travers les continents. Cependant, cela s'applique également à des dizaines d'autres entreprises et plus anciennes dans le monde. Et jusqu'à présent, aucun d'entre eux n'a réussi dans le grand lancer. Dès que la pièce qui quitte la simulation et l'accepte dans une forme réelle, des défis qui nécessitent des décennies que des années pour être surmontés.
Si l'équipe de Munich réussit à garder son horaire proche, nous avons connu un conte de fées industriel allemand. Cela soutiendrait toujours notre rôle de pionnier des technologies durables au 21e siècle - même si nous devons attendre les années 2040.
