Diskussion:Tokamak/Archiv

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[[Diskussion:Tokamak/Archiv#Thema 1]]

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Wiedergabe der russischen Schreibung

Wenn schon Aussprache, dann wohl richtiger „taraidalʲnaja“ (a, j) und „magnʲitnɨx“ (ʲ). Ausreichend (und wohl auch nachvollziehbarer) wäre eine DIN-Transliteration: „Toroidalnaja Kamera v Magnitnych Katuškach“ --Xandru (Diskussion) 13:31, 23. Jun. 2012 (CEST)

Plasmaaufheizung

Hallo The.Iorrr,

deine liebevolle Arbeit (Übersetzen aus dem engl. WP-Artikel) hat mal wieder gezeigt, dass auch in der englischsprachigen WP nicht alles Gold ist, was glänzt. Teilweise stand da ziemlicher Schrott. Wenn man über ein Gebiet schreiben will, ist es immer noch am besten, sich damit selber auszukennen und nicht einer Amateurautorität (was WP nun mal unausweichlich ist) blind zu glauben. -- Zur Plasmaheizung steht auch in Kernfusionsreaktor Einiges, und logisch gehört es auch eher dort hin. Andererseits schadet ein bisschen Redundanz nicht, und so Mancher wird diese Info hier in Tokamak suchen, also ist es OK. Gruß UvM 16:17, 26. Jul. 2008 (CEST)

Etwas übers Ziel hinaus

Hallo UvM, vieles hast du verbessert, aber zwei Dinge sind dabei unter den Tisch gefallen, die IMHO notwendig zum Verständnis der Grundprobleme eines solchen Geräts sind:

• Drohende Beschädigung der Gefäßwand
• Rotation des Plasma im Torus - ohne _bewegte_ Ladung keine Lorentzkraft

Bevor du das wieder änderst, bitte Diskussion hier. --Bernd vdB 19:57, 7. Aug. 2008 (CEST)

Tokamak als Konzept

Laut Artikel: "Tokamak ist ein Konzept für einen Fusionsreaktor" Laut englischer Wiki: "Tokamak is a device using a magnetic field to confine a plasma"

Mir fehlt das nötige Wissen bzgl des Gebiets, aber für mich klingt es als wäre ein Tokamak schon gebaut geworden (nicht nur ein Konzept) und nur einen Teil des möglichen Fusionsreaktor darstellen. --RicardAnufriev (Diskussion) 04:47, 5. Dez. 2013 (CET)

Ja, es gibt schon viele gebaute Versuchs-Tokamaks. Trotzdem kann man den Tokamak als eines von mehreren möglichen Konzepten für Fusioonsreaktoren bezeichnen. Wenn du willst, tausche das Wort "Konzept" aus gegen "Typ".--UvM (Diskussion) 15:37, 5. Dez. 2013 (CET)

Ok, habs geändert. Nur 11 Monate später :-D

Ich wünschte, ich wüsste wie man über Antworten informiert wird (außer Watchlist bzgl des gesamten Talks) --RicardAnufriev (Diskussion) 09:07, 26. Nov. 2014 (CET)

ELMs

Plasmarand-Instabilitäten, sogenannte ELMs (Edge Localized Modes), lassen kurzfristig heißes Plasma aus der äußersten Schicht des eingeschlossenen Plasmas auf die Plasmawand und den Divertor prallen, was wegen der hohen Leistungsdichte zu Schädigungen führen kann. Inwieweit hat das mit den direkt davor genannten Modifikationen des Tokamak-Konzepts zu tun? Lassen sich die ELMs dadurch besser unterdrücken, oder was? --UvM (Diskussion) 19:16, 31. Aug. 2014 (CEST)

Zu den Neutralteilchen

Im Abschnitt Stromtrieb wird gesagt, man wolle diesen durch Einschuss von Neutralteilchen unterstützen. Der entsprechenden Abschnitt schweigt dann aber dazu. Ich selbst bin zu doof, habe nicht die geringste Idee, wie das gehen könnte. Überhaupt: Wie schießt man denn mit Neutralteilchen so heftig, dass man damit das Plasma heizt? Nicht so einfach. Vielleicht erst ionisieren, dann beschleunigen und dann die Ladung wieder abstreifen? Wäre nicht schlecht wenn der Artikel dazu einen Hinweis gäbe.- Binse (Diskussion) 00:37, 19. Jul. 2016 (CEST)

Den blauen link Neutralteilcheninjektion übersehen? Na ja, nachts um 00:37... Gruß, UvM (Diskussion) 10:05, 19. Jul. 2016 (CEST)

Hast Recht, UvM! Da hatte ich nicht nachgeschaut. Meine zweite Frage ist dort beantwortet. Aber wie man damit einen elektrischen Strom im Plasma erzeugen will, wird in dem Artikel nicht angesprochen. Die (hydrodynamische) Strömung kann man damit beeinflussen. Da das Plasma in summa neutral ist, ergibt das aber keinen 'Stromtrieb', wie das der Artikel nennt. Ein elektrischer Strom im Plasma wird gebraucht, um ein bestimmtes Magnetfeld zu erzeugen. Und dabei soll die Neutralteilcheninjektion, laut Artikel, doch helfen.- Binse (Diskussion) 00:24, 20. Jul. 2016 (CEST)

Bin kein Plasma- oder Stromtriebspezialist. Aber die Ionisierung der Neutralen bringt zusätzliche Ladung ins Plasma, und bewegte Ladung ist Strom. --UvM (Diskussion) 10:58, 20. Jul. 2016 (CEST)

Bin da erst recht kein Spezialist. Aber wenn bewegte Neutralteilchen dissoziieren, entstehen Ladungsträger beider Polarität. Dass das Strom gibt, wage ich zu bezweifeln. Wenn, wie ich glaube, Strom gleich Ladung / Zeit ist, spielt es keine Role, ob die Träger entgegengesetzter Ladung vereint oder getrennt fliegen. Es muss schon noch ein anderer Effekt dabei sein.- Binse (Diskussion) 14:39, 20. Jul. 2016 (CEST)

Die beiden verschieden geladenen Teilchen werden aber durch das Magnetfeld in entgegengesetzte Richtungen gelenkt. Das ist dann Strom. --UvM (Diskussion) 15:40, 20. Jul. 2016 (CEST)

Sicherheit

Hier sind eine Menge Fragen, die jemand hatte, die aber nicht in den Artikel, sondern auf die Diskussionsseite gehören. Ich habe zwar keine Ahnung von der Materie, aber in den Artikel gehört sowas bestimmt nicht rein.

Kann die Kettenreaktion im Brennstoff durchgehen und den Grossteil der Fusionsenergie (1 g Brennstoff entspricht 9000 Tonnen Erdoel oder 100 kT TNT) auf einmal freisetzen? Kann die Lithium/Tritium Schicht um den Reaktor thermonuklear mitexplodieren?

Die Fusion ist keine Kettenreaktion in dem Sinne, wie es bei der Kernspaltung der Fall ist. Da aber mit jedem Fusionsvorgang ein Aufheizvorgang verbunden ist (genau deswegen tun wir das ja), "steigern" wir damit den Fusionsvorgang. Höhere Temperatur bedeutet aber einen höheren Druck im Plasma. Als Folge wird das Plasma expandieren. Das Magnetfeld hält zwar das Plasma so, dass es die Wände nicht berührt, aber nur, solange der Druck nicht zu groß ist, sprich: die Kerne nicht eine so hohe kinetische Energie haben, dass sie das Magnetfeld nicht mehr halten kann. Die Kerne mit zu hoher kinetischer Energie fliegen zur Aussenwand werden dort abgefangen und heizen diese auf. Deshalb ist sie aus Wolfram. Um dem stand zu halten. Mit der Aussenwand können die Kerne nicht weiter fusionieren, weil für diese Materialien ein noch viel höherer Wert aus Druck mal Temperatur notwendig wäre. Nur bei Wasserstoffkernen liegen wir bei "nur" 150 Millionen Kelvin. Demzufolge gibt es keinen positiven Verstärkungseffekt, wie er in einigen Kernspaltungsreaktortypen vor kommen kann. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

In der Reaktorwand befindet sich Lithium, um mit den freigesetzten Neutronen Tritium zu brueten. Gleichzeitig muss die Waerme, die der Reaktor erzeugt, von dort abgefuehrt werden. Geschieht das mit Wasserleitungen? Kann Wasser austreten, mit Lithium zu Wasserstoff reagieren, dieser sich mit Luft vermischen und explodieren?

Annahme, wir nehmen Wasser als Transportmedium: Alles relativ unkritisch: Tritt Wasser oder irgend etwas Anderes ein, bricht das Vakuum dadurch um das Plasma zusammen. Oder anders ausgedrückt: Jedes in den Reaktionsraum eintretende Element kühlt. Die Fusionen würden sofort aussetzen. Allerdings würde das Wasser an den heißen Oberflächen stark aufgeheizt. Ob damit auch eine Aufspaltung des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff stattfinden kann, kann ich nicht beurteilen. Schon möglich. Wenn das der Fall sein kann, würde das im Design zu berücksichtigen sein und entsprechende innerte Druckentlastungsöffnungsstellen vorgesehen werden. Der Betreiber würd das Risiko bestimmt nicht eingehen wollen, mit nem Wasserschaden eine Milliardeninvestition zu verlieren. Für die Bevölkerung ist so ein Szenario unkritisch. Im gegensatz zu manchen möglichen Störfällen bei Kernspaltungsreaktoren. -- Ich gehe jedoch derzeit nicht davon aus, dass Wasser als Wärmetauscher-Transportmittel verwendet werden wird (wir denken hier noch in Zukunftsmaßstäben!). Damit Wasser bei diesen hohen Wärmetransportmengen nicht verdampft (dann würde der Wäremübergang partiell ausfallen), muss es unter sehr hohem Druck bleiben. In klassischen Druckwasserreaktoren bei der Kernspaltung kennen wir solche Kreisläufe bei 150 bar. Dort sind im Druckbehälter und auf dem Transportweg Behälter- und Rohrwandstärken im Bereich von vielen cm notwendig. Dort findet der Wärmeübergang aber an unter dem gleichen Druck befindlichen Kernbrennstäben statt. Hier haben wir im Bereich der Energiequelle Vakuum. Der Wärmeübergang wäre also durch Kacheln zu realisieren, die so extrem dick sind, dass sie dem Wasserdruck gerecht wären. Unmittelbar dahinter befinden sich wiederum Spulen, die möglichst am absoluten Nullpunkt in Supraleitung gehalten werden. - Ohne Literaturstellen nennen zu können: Wasser als Wärmetransportmedium scheint völlig ungeeignet. Flüssigmetalle oder Salze, die bisher und zukünftig auch im Zusammenhang mit Kernspaltungsreaktoren gut erforscht und beherrschbar sind, sind als Transportmedium an dieser Stelle viel simpler zu handeln. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

Wieviel Brennstoff ist im Reaktor und welche thermische Energie hat er typischer Weise? Kann beim Ausfall der Magnetfelder das heisse Plasma den Reaktor schmelzen/verdampfen? Z.B. 1 kg fluessiges Wasser hat bei 100 &degree;C 336 kJ thermische Energie relativ zu 20 &degree;C Normaltemperatur (4,2 J/(g*K) * (100-20 &degree;C) * 1000 g). Kann bei einem teilweisen Ausfall der Magnetfelder ein Strahl Plasma entkommen und ein Loch in die Reaktorwand schmelzen?

Die Wärmekapazität des Plasmas ist klein gegenüber der Wärmekapazität der Wandung. Fliegt es auseinander, ist sofort keinerlei Fussion mehr möglich. Die Wände haben nun nur die kinetische Energie (Wärme) der Kerne im Plasma aufzunehmen. Hier ist auch nichts in Kilogramm zu messen. Das Plasma ist ein Hauch von Teilchen. Die große abzuführende Wärmemenge im kommt nur dadurch zustande, dass ein Teil dieses "Hauches", der das Plasma im Betrieb in Richtung Wände verlässt, 150 Millionen Grad heiß ist. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

Koennen bei Stoerfaellen radioaktives Tritium und andere radioaktive Stoffe in die Umwelt gelangen?

Tritium ja. Es ist gasförmig. Verteilt und verdünnt sich in der betreffenden Menge beim Austritt in die Atmosphäre. Das ist beherrschbar. Es gibt ja derzeit schon genügend Anlagen, an denen Tritium entsteht. Kernspaltungsreaktoren. Es ist ab einer bestimmten Konzentration als Betastrahler für den Organismus gefährlich, wenn es aufgenommen wird. In der Troposphäre entsteht es sogar in einem natürlichen Prozess.--Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

Welche Stoffe werden der Neutronenstrahlung ausgesetzt und welche radioaktiven Isotope entstehen dadurch? Wie werden sie entsorgt und wie lange dauert das? Werden radioaktive Teile waehrend der Kraftwerkslebensdauer ausgetauscht, oder bleiben die bestrahlten Teile im Grossen und Ganzen die ganze Kraftwerkslebenszeit im Einsatz? Kommt es bei laengerer Neutronebestrahlung zur Bildung laengerlebiger radioaktiver Isotope?

Bei der Fussion entstehen erst mal an sich keine radioaktiven Elemente. Damit kommt es zu keiner Kontamination. (Das erbrütete Tritium ist flüchtig). In den verwendeten Materialien innerhalb des Reaktors kommt es zur Aktivierung. Man kann das vergleichen mit der Aktivierung des Edelstahls in einem Kernspaltungsreaktor. Da es sich um eine Aktivierung handelt und nicht um eine Kontimination, kommt es nicht zu einem Transportvorgang und damit zu keinem kontinuierlich erzeugten "Atommüll". Die Abklingzeiten von Metallen sind unkritisch. Sollte so ein Reaktor mal wieder dem Wertstoffkreislauf zugeführt werden, muss er eine gewisse Zeit abklingen. Vergleichen wir das mit der aktuellen Problematik: Hoch-Radioaktiver Abfall entsteht durch die verbrauchten Brennstäbe in Kernspaltungsreaktoren. Mittel- und Schwach-Radioaktiver-Abfall entsteht zum absolut(!) überwiegenden Anteil in Forschungslaboren. Beim Fussionsreaktor gibt es keine Hoch-Radioaktiv-Abfälle. Schwach radioaktiver Abfall entsteht minimal durch abgetragenes oder entferntes aktiviertes Material (kurze Halbwertszeiten) bei Wartungsarbeiten. Am Ende der Nutzungszeit sind die Materialien einfach nur eine gewisse Zeit einzulagern, bevor sie dem Wertstoffkreislauf zurück geführt werden können. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

--Smeyen 11:52, 13. Jul 2005 (CEST)

Ich gerate immer wieder in die Situation, wo ich Laien erklaeren moechte, dass Fusionskraftwerke ziemlich sicher sind, es aber im Detail nicht kann. Danke fuer die Verschiebung der Fragen an den richtigen Ort. Hoffentlich werden sie hier gelesen und beantwortet. lg, Darsie 20:00, 20. Jul 2005 (CEST)

Also ersteinmal das wichtigste vorweg: eine unkontrollierte Kettenreaktion, wie etwa bei der Kernspaltung ist im Fusionskraftwerk nicht möglich. Jegliche ungünstige Änderung der Betriebsparameter, also jeglicher Störfall, läßt das Plasma sofort erlischen. Einmal 'reinspucken und es ist aus! Ein Fusionskraftwerk produziert in der Tat radioaktive Teile, die Halbwertszeit dieser Bauteile beträgt jedoch maximal 100 Jahre, so dass eine Endlagerung entfällt. Bei Ausfall des Magnetfeldes kann mit Sicherheit kein Plasma entweichen. Nur mal angenommen, die Reaktorwand würde schmelzen - was nicht passiert - dann erlischt das Plasma in dem Moment, in welchem ein signifikanter Druckanstieg stattfindet. Alles klar?

"Reaktorwand würde schmelzen" - Um das klar zustellen: Die innere Wäremkapazität des Plasmas ist sehr gering. Würde tatsächlich das Wandmaterial dem Schmelzpunkt nahe kommen, würde mit der beginnenden Schmelzung so viel Material dort ausgasen, dass das Plasma sofort heruntergekühlt wäre und damit die Fussion und der weitere Wärmeeintrag gestoppt wären. Es kommt also nie zu einer Schmelzung des Behälters, sondern im schlimmsten Fall zum Stillstand der Anlage. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:23, 16. Mai 2017 (CEST)

-- Aalemann 23:30, 5. Okt 2005 (CEST)

Pulsbetrieb

Warum können Tokamak Reaktoren nur gepulst betrieben werden? Weil beim Tokamak aufgrund der einfachen Spulensymmetrie der Toroidalspulen das Plasma durch Induktion eines umlaufenden Stroms mit Transformtorspulen erzeugt werden muss. Der Transformator induziert diesen Plasmastrom durch Spannungsanstieg (Veränderung des elektromagnetischen Feldes) und muss nach Erreichen der Höchstspannung erneut hochgefahren (gepulst) werden. Der Plasmastrom trägt außerdem zur Erzeugung der notwendigen magnetischen Einschlussflächen bei. Beim Stellarator werden diese Flächen ausschließlich durch kompliziert geformte äußere (Toroidal)Spulen erzeugt. Die Zündung des Plasmas erfolgt dort durch Teilcheninjektion oder Einstrahlung von HF-Wellen (Aufheizung). Die Heizdauer bestimmt das Ende der Plasmaentladung, womit ein prinzipieller Dauerbetrieb möglich wird. Beim Tokamak erlischt mit dem Herunterfahren der Trafospannung auch der Plasmastrom und damit die Zündung, die erst durch erneuten kontinuierlichen Spannungsanstieg wieder einsetzt.

Zu beachten ist allerdings, dass in einem Tokamak als Energielieferant, der gepulste Vorgang so kurzperiodisch und kontinuierlich stattfindet, dass thermisch von einem kontinuierlichen Vorgang ausgegangen werden kann. Allerdings ist es möglich, dass aus Sicht des Materials (Spulen, Träger, Isolation...) eine Impulsbelastung eine Materialalterung hervorruft, die im Langzeitbetrieb kritisch ist. Der Stellarator muss noch beweisen, dass er tatsächlich innert stabil ist. Die 3D-Spulen herzustellen ist auch eine technologische Herausforderung, die sich aber als lösbar herausgestellt hat. Wenn Wendelstein-7-X positive Ergebnisse bringt, ist diese Lösung definitiv aus Sicht der Spulendynamik die funktionsstabilere Lösung. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:39, 16. Mai 2017 (CEST)

Wie wird in dem Ding Strom erzeugt?

Wird durch die Wärme Wasser erhitzt, um eine Turbine anzutreiben?

Ja. Lies mal Kernfusionsreaktor.--UvM 22:02, 18. Apr. 2008 (CEST)

Sicher, man verlegt ein paar Aluminiumrohre durch das über 100 Millionen °C heiße Plasma. (nicht signierter Beitrag von 79.240.230.236 (Diskussion) 23:40, 15. Dez. 2010 (CET))

Mit der Entwicklung der Generation-IV-Kernspaltungsreaktoren werden neben Wasser und Natrium auch andere Medien zur Wärmeübertragung erforscht. Da sich Wasser in einem Fussionsreaktor nicht zwangsläufig als bester Wärmetauscher herausstellen könnte, ist es auch hier möglich, dass entweder Flüssigmetalle einen Zwischenkreislauf bilden und erst dann Wasser für eine Turbine erhitzt wird. Nicht auszuschließen ist aber auch, dass zum Beispiel Salzschmelzen oder Helium verwendet werden. Salzschmelzen arbeiten wie Flüssigmetalle als Zwischenkreis, um Wasser zu erhitzen. Helium z.B. kann aber auch direkt in einer Turbine entspannt werden. Da wir es in den Wolframwänden des Fussionsreaktors durchaus mit sehr hohen Temperaturen um 1000 Grad zu tun bekommen können (noch gibt es ja keine Anlage, die das demonstriert), ist ein Gas statt Wasser durchaus möglich und wirtschaftlich. --Frank Herbrand (Diskussion) 23:46, 16. Mai 2017 (CEST)

Bezeichnung

Die Bezeichnung Tokamak ist angeblich keine russ. Abkürzung, wie oft behauptet wird, sondern ein an das russische Wort Ток (=Strom) angelehntes Kunstwort.

Und was wäre damit: Toroidalnaya Kamera ee Magnitnaya Katushka (Toroidale Kammer und magnetische Spule)?

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 16:31, 17. Jan. 2020 (CET)

Titelfoto

Das Titelfoto zeigt einen Entwurfs eines Stellerators, es steht im Max-Planck IPP Greifswald, dort wird der Stellerator Wendelstein 7-X gebaut. Das auf dem Foto ist kein Tokamak!

Archivierung dieses Abschnittes wurde gewünscht von: UvM (Diskussion) 16:31, 17. Jan. 2020 (CET)