Polywell Fusionsreaktor

Ich wollte euch auf ein vielversprechendes Fusionsexperiment aufmerksam machen, den Polywell Reaktor. Der Polywellreaktor wurde von Robert Bussard entwickelt und hat ein deutlich anderes Design als der Tokamak Reaktor. Der Reaktor besteht aus einem Elektromagenten, der eine bestimmte Form hat. Dadurch werden Elektronen in der Mitte eingeschlossen und es entsteht quasi kugelförmiges negativ Potential, was die zu fusionierenden Ionen beschleunigt. Das genaue Konzept am besten auf Wikipedia durchlesen.

Hier ein Bild eines der letzten Prototypen:


Das Konzept ist eine Verbesserung des Farnsworth-Hirsch Fusors, der Kernfusion erzeugt, jedoch weniger Energie auspuckt als man reinsteckt. Und genau dies soll beim Polywell Konzept anders sein. Robert Bussard hat das Konzept mit Geld von der US Navy entwickelt und behauptet, dass der letzte Prototyp den Durchbruch gebracht hat. Leider ist der letzte Prototyp bei einem Experiment zerstört worden und zusätzlich ist Bussard vor ca. einem Jahr gestorben.

Nun wurden von der US Navy weitere Experimente finanziert um den von Bussard proklamierten Durchbruch zu verifizieren. Die Experimente sind inzwischen abgeschlossen und die Ergebnisse sind den Geldgebern und Fachleuten auf dem Gebiet der Kernfusion zur Bewertung vorgelegt und diese müssen nun entscheiden, ob das Projekt weiter finanziert wird.Richard Nebel, Leiter der neuen Experimente, wollte sich zu den Ergebnissen vorerst nicht im Detail äußern. Er hat jedoch gesagt:

Richard Nebel, leader of the research team at EMC2 Fusion in New Mexico, declined to detail the results of the project, saying that was up to the people paying the bills. But he did said “we have had some success' in the effort to reproduce the promising results reported by the late physicist Robert Bussard.[...]

Quelle: http://cosmiclog.msnbc.msn.com/archive/2008/08/28/1301440.aspx

Deutsch: Man konnte die Ergebnisse von Bussard zumindestens teilweise verifizieren und ist mit den Ergebnissen zufrieden.

Na das klingt doch positiv. Hoffen wir mal, das weitere Gelder bewilligt werden. Der Reaktor ist sicher auch für die Raumfahrt interessant (falls er denn funktioniert) . Ich bin im Angesicht der Risiken mit der Kernspaltung skeptisch, ob wir jemals einen funktionierenden Kernspaltungsreaktor im All sehen.

Weitere Links:
Eine Präsentation bei Google Video von Bussard: http://video.google.com/videoplay?docid=1996321846673788606
http://en.wikipedia.org/wiki/Polywell
http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_Bussard

Edit: Zitat gekürzt.

... Ich bin im Angesicht der Risiken mit der Kernspaltung skeptisch, ob wir jemals einen funktionierenden Kernspaltungsreaktor im All sehen.

Guten Morgen.

Du meinst sicher   ... ob wir jemals wieder einen funktionierenden Kernspaltungsreaktor im All sehen... .

Ich meine: Besser nicht. Z.b nicht bevor wir das Explodieren von Raketen grundsätzlich verhindern können. Ich erwarte vorerst nicht, dass ein Spaltreaktor so klein, kompakt und schützbar wie ein RTG gebaut werden kann.

Gruß Thomas

Ich meine: Besser nicht. Z.b nicht bevor wir das Explodieren von Raketen grundsätzlich verhindern können.

Heisst "grundsätzlich nicht" die Wahrscheinlichkeit Null = 0,000000000000...? Kann man diese Wahrscheinlichkeit theoretisch herleiten oder kann man sie vll durch eine endliche Serie von erfolgreichen Starts ohne einen einzigen Zwischenfall oder Ausfall ermitteln?  

Als freundliche Frage formuliert: Welches Risiko für einen mißglückten Start würdest du den Transport nuklearen Brennstoffes in den Orbit als Limit nehmen?  Wenn du bei  Nachkommastellenlosen Null bleibst heisst das praktisch niemals und wäre IMMO etwas "befremdlich", denn mit dieser Risiko-Quote könntest du nicht mal eine Straße überqueren, weil sogar das tödliche Unfallrisko auf dem Fußgängerweg dem überschreitet.


Für den Transport einer größeren Menge nuklearen Brennstoffes wäre sinnvoll, das Risiko auf mehrere Teillieferungen zu verteilen:  Bei einen Risiko von 1% würde man bei einer Explosion den Jackpot schaffen und auf 100 Starts verteilt sollte man der Statistik nach 101 Start einplanen, weil eine Lieferung nicht ankommt.

Angenommen wir müßten noch 100 Jahre auf "weltraumtaugliche" (kleine/leichte) Fusionsreaktoren warten - sollten wir dann 100 Jahre warten oder dürfen wir 101 Starts mit einen einzigen Fehlstart einkalkulieren?

Schwierige Frage .. ich muß darüber erstmal bei einer Zigarette nachdenken ^^

Achtung, hier mal nichts durcheinanderbringen. Beim Polywell-Reaktor geht es um Kernfusion nicht -spaltung. Die Bedenken von Thomas und Tobi bezogen sich auf herkömmliche Kernreaktoren, die man nun wirklich nicht auf eine Rakete draufsetzen muss.
So ein Fusionsreaktor ist da was ganz anderes. Wasserstoff als Brennstoff ist ja nicht radioaktiv. Bei einem missglückten Start hätte man maximal ein teures Feuerwerk aber mehr nicht.
Es wäre schon eine feine Sache, wenn das funktionieren würde, und zwar für alle Lebensbereiche, nicht nur Raumfahrt.

Ich hab den Satz von Tobi als im Sinne von  "Kernfission vs. Kernfussion" verstanden und keine Verwechselung vermutet.

Ich lager das Thema "Gewinn und Risko spaltbaren Materials in der Weltraumfahrt" aus auch wenn ich einen Bezug zu diesem Thema sehe, denn ein Fusionsreaktor muß ja auch hochgefahren werden und benötigt hierzu eine Aktivierungsenergie die IMMO technisch und wirtschaftlich sinnvoll nur durch ein Fissionsreaktor aufgebracht werden kann.

Ich denke bevor wir über Fusionsreaktoren im Weltall reden, sollte man erstmal auf der Erde die Dinger zum laufen bekommen.

Ich bin froh vom Polywell Fusionsreaktor gehört zu haben denn er bietet in meinen Augen eine Menge Potential.  Ich hab leider noch nicht verstanden, wie das Plasma damit aufgeheizt wird, aber der magnetische Käfig ist offensichtlich.

Wo dieser Fusionsreaktor eingesetzt werden will - auf der Erde oder im Weltraum - ist dem Reaktor wohl ziemlich egal!  Und von seiner Baugröße her wird er, wenn er denn funktioniert, sicherlich geeignet sein um im Weltraum eingesetzt zu werden.  Also ist der Standpunkt "erst über Fusionsreaktoren im Weltraum reden wenn sie auf der Erde funktionieren" für mich etwas zu pragmatisch, denn man sollte wohl doch noch etwas zur Seite gucken wenn man nach vorne gucken will. Wer nicht nach vorne schauen will hat sich in diesem Thread verirrt.


Ich freue ich mich sehr, daß Tobi immer wieder so interessante Informationen einbringt. Darum an dieser Stelle ein ganz großes Danke schön an Tobi!

Ich hab leider noch nicht verstanden, wie das Plasma damit aufgeheizt wird

@SW schaust du dir die Beschreibungen der Quellen gar nicht an? :-? Das Prinzip ist dort bestens in ein Paar Sätzen erklärt.

Im Gegensatz zu Kernfusionsreaktoren mit magnetischem Einschluss ist die Energie beim Stoß also nicht durch die Temperatur des Plasmas gegeben, sondern es können höhere Ionenenergien (hohe Beschleunigungsspannungen) verwendet werden, so dass die Coulomb-Barriere beim Stoß leichter überwunden werden kann und die Wahrscheinlichkeit für Kernfusion beim Stoß steigt.

Quelle: Wikipedia - Elektrostatischer Trägheitseinschluss

Ich habe häufig den Eindruck, dass bevor du deine Vorträge hier runterbretterst, gibst du dir kein Bisschen Mühe die Information zu bearbeiten.  

...Vorträge hier runterbretterst...

Hervorragende Beschreibung, Yev ...  

Grüße
jakda...

Es tut mir ja so leid daß ich nur auf den Bild den magnetischen Käfig beguckt habe und dort keine technische Möglichkeit ausfindig machen konnte, mit der dort Ionen durch ein elektrisches Feld beschleunigt werden könnten.  Daß es elektrische Felder sein müssen, die die Ionen beschleunigen, sagte mir bereits der Ausdruck "elektrostatisch".

Dann tut es mir noch einmal schrecklich leid, daß ich kurz heruntergebrettert habe, daß ich die Aufheizung nicht vollends verstanden habe, nachdem ich nichts zum Beschleunigen der Ionen gefunden habe.



Wie ich wo und wie schnell meine Informationen aufnehme, wie lange ich mich bemühe (lat. studere = sich bemühen) um eine Information zu verstehen oder ob ich sie einfach nur schnell aufnehme oder vll auch mal garnicht ist jedoch einzig und allein meine Sache ebenso ob ich meinen Kaffee mit Milch oder Zucker trinke.  Umgekehrt gilt natürlich das gleiche aber ich bin wirklich weit davon entfernt mir dazu auch nur einen einzigen entsprechenden Gedanken unnötig zu machen.

Prost!

Zitat

...Vorträge hier runterbretterst...

Hervorragende Beschreibung, Yev ...  

Grüße
jakda...

Meine Meinung.... [smiley=thumbup.gif]

Juten Morgen,

die Polywell-Fans haben auch ein eigenes Forum:

 http://talk-polywell.org/bb/index.php

Was nicht heißt, dass hier nicht über die Technologie und das Potential für Weltraumanwendungen diskutiert werden sollte. Aber sicher können in diesem Forum einige Leute Spezialfragen recht gut beantworten.

Dr. Nebel schreibt dort auch ab und zu (zumindest sieht es so aus  :-?)

Was mich bei dem Ansatz fasziniert, ist die Methode zur Überwindung der Coulombbarjere.

Als Teilchenphysiker hat man schon immer mit Teilchebeschleuniger zu tun. Und spätestens nach der gezielten Teilchenproduktion in dem Kollisionspunkt fragt man sich ob man tatsächlich das Mehrenergie auf dem Weg auch raushohlen kann.

Sehr erfreulich zu sehen, dass es dort schon mehrere technologische Realisierungen "im Fleisch" ausprobiert werden.

Hi

Ich nehme an dass auch dieser Polywell Reaktor nach dem Dampfmaschinenprinzip arbeitet (Also Die Wärme der Fusion wird mittels Wasser/Trägermaterial durch eine Turbine gejabt um diese dann in elektrische Energie umzuwandeln - gibts dafür eigentlich einen fachlicheren Ausdruck als Dampfmaschinenprinzip? ).

Also egal ob man da oben jetzt Fusion, Fission betreibt oder Kohle verbrennt. Das grosse Problem ist doch wie kann man den heissen Dampf wieder kühlen? Im All geht das nur durch Abstrahlung, und nur schon für einen Mini-Reaktor bräuchte man eine so grosse Fläche, dass ich dieses Dampfmaschinenprinzip fürs All einfach für falsch halte..

- Gibt es noch andere Möglichkeiten der Kühlung im All/im Vakuum?

- Gibt es noch andere Möglichkeiten der elektrischen Energiegewinnung aus einer Fusion? ("Solar"zellen die Neutronenstrahlung in Energie umwandeln? )

- Welche Möglichkeiten der Energiegewinnung die nicht auf dem Dampfmaschinenprinzip arbeiten gibt es?
     - Isotopenbatterie
     - Solarzellen
     - Brennstoffzelle
     -


Grüsse
cake

Hallo,

- gibts dafür eigentlich einen fachlicheren Ausdruck als Dampfmaschinenprinzip? ).

ganz allgemein: Wärmekraftmaschine, die einem Kreisprozess folgt.

Das grosse Problem ist doch wie kann man den heissen Dampf wieder kühlen?
...
Gibt es noch andere Möglichkeiten der Kühlung im All/im Vakuum?

Wärme ans "Vakuum abgeben" geht nur mittels Radiatoren. Konvektion und Wärmeleitung fallen flach. Generell geht ja schon in der Turbine Energie aus dem Medium verloren, also sinkt die Wärmemenge.
Um die Effizienz zu steigern, kann man Wärmetauscher einführen, welche die Restwärme im "Abfluss" an das Medium im "Zufluss" abgeben, sog. rekuperative Maschinen. Da man aber ein geschlossenes System verwendet, beißt sich die Katze dann in den Schwanz. Evtl. kann man aber so die Fläche eines Radiators reduzieren.

Mit Peltier-Elementen kann man auch Wärmedifferenzen in Strom umwandeln. Aber die trumpfen nicht grade mit gutem Wirkungsgrad auf und sind deshalb wohl eher ungeeignet für die Raumfahrt ... da will man ja nix verschwenden.

http://de.wikipedia.org/wiki/Peltier-Element

Gibt es noch andere Möglichkeiten der elektrischen Energiegewinnung aus einer Fusion? ("Solar"zellen die Neutronenstrahlung in Energie umwandeln? Zwinkernd )

Ja, die gibt es zumindest theoretisch. Seit ein paar Jahren erscheinen immer wieder Studien über die Möglichkeit unter Zuhilfenahme eines Gitters aus Kohlenstoffnanoröhrchen ("nano tubes") die bei den nuklearen Reaktionen freiwerdenden Neutronen einzufangen und auf diese Weise die Energie direkt in Elektrizität umzuwandeln.

 Ich glaube, darüber wurde auch hier im Forum schonmal berichtet, nur finde ich es gerade nicht.

Es gibt nicht nur das Forum, es gibt auch das Portal.  

http://www.raumfahrer.net/news/raumfahrt/05042008120717.shtml

GG

Es gibt nicht nur das Forum, es gibt auch das Portal.  

Richtig! Das Portal!  

Super, Günther, danke! Das meinte ich.

Also egal ob man da oben jetzt Fusion, Fission betreibt oder Kohle verbrennt. Das grosse Problem ist doch wie kann man den heissen Dampf wieder kühlen?

Ich denke du formulierst das Problem falsch: Es geht nicht darum heißen Dampf zu kühlen - sondern den heißen Dampf möglichst effizent in elektrische Energie umzuwandeln. Je effizenter man das kann, desto kühler wird der Dampf in einer Wärmekraftmaschine "von alleine" und desto weniger Energie muss man über extra Kühlmechanismen (Radiatoren o.ä.) vergeuden. Der Carnot-Wirkungsgrad ist noch lange nicht erreicht!

Ja, die gibt es zumindest theoretisch. Seit ein paar Jahren erscheinen immer wieder Studien über die Möglichkeit unter Zuhilfenahme eines Gitters aus Kohlenstoffnanoröhrchen ("nano tubes") die bei den nuklearen Reaktionen freiwerdenden Neutronen einzufangen und auf diese Weise die Energie direkt in Elektrizität umzuwandeln.

Cool! Wird ja auch mal Zeit - das ganze Wasser gekoche, mit Dampf Wellen antreibe und mit Wellen Magneten bewege um Strom zu erzeugen, ist eine ganz schön lange Umwandlungskette - ist ja klar das es in jeder Station Verluste gibt und der Wirkungsgrad misserabel ist!

Hallo knt,

viele Umwandlungen bringen natürlich generell jedes Mal Verluste mit sich. Aber eine direkte Umwandlung ist nicht von sich aus vorteilhaft. Hier ein kleines, aus der Luft gegriffenes, Zahlenbeispiel:

Bei der Erzeugung von Wärme wirken praktisch alle fusionierenden Atome mit (oder ein sehr großer Teil). Das heißt, dass jeder einzelne Fusionsprozess auf atomarer Ebene zur Erwärmung eines Mediums beiträgt. Das erwärmte Medium wird dann in einer Wärmekraftmaschine genutzt, um letztendliche elektrische Energie zu erzeugen.
Bei einem direkten Umwandlungsprozess aus dem atomaren Fusionsvorgang in Elektrizität kann es hingegen passieren, dass hohe Verluste auftreten, wenn z.B nur aus jedem millionstem fusionierten Atom elektrische Energie gewonnen werden kann. Die Produkte der restlichen 999 999 Fusionen verlassen das System ungehindert und gehen verloren. Damit sinkt dann der Wirkungsgrad enorm. Man macht dann hohe Verluste, erzeugt aber bei jedem Fusionsvorgang Wärme ... welche hier dann aber nicht genutzt würde.

Wie gesagt: Mein Beispiel und die Zahlen sind "aus der Luft" gegriffen. Ich kenne keine Zahlen für die o.a. Beispiele der direkten Umwandlung. Ich möchte nur auf ein paar grundlegende Gedanken/Aspekte der Effizienz eines Gesamtsystems hinweisen und dass Umwandlung über viele Stufen nicht von sich aus schlechter ist als eine direkte Umwandlung.

Ich möchte nur auf ein paar grundlegende Gedanken/Aspekte der Effizienz eines Gesamtsystems hinweisen und dass Umwandlung über viele Stufen nicht von sich aus schlechter ist als eine direkte Umwandlung.

Ja, natürlich hängt es auch vom Wirkungsgrad der direkten Methode ab.

@Kreuzberga: sowas gibts? geil;)

@krt: Hast natürlich recht. Um so höher der Wirkungsgrad desto weniger Wärme muss aus dem System abgeführt werden

Jetzt muss sich nur noch ein Staat/Institution dazu entschliessen so ein Raumschiff zu bauen. Ahja und die Fusionsenergie muss gewinnbringend werden. Und ein Plasmaantrieb dass mit chemischen Antrieben mithalten kann wäre auch noch ganz nützlich

@Kreuzberga: sowas gibts? geil;)

Naja, im Labor. Von einer Anwendungsreife ist man noch ein paar Jahre entfernt. Ich zitiere mal Günthers Artikel:

Gelingt es, das neue Verfahren zu einem technisch ausgereiften Produkt weiter zu entwickeln, erwartet man insbesondere bei kompakten, mobilen Energiequellen für die Raumfahrt eine deutliche Effizienzsteigerung. Dazu sei laut Liviu Popa-Simil (ehemals Los Alamos National Laboratory) aber noch wenigstens ein Jahrzehnt harter Arbeit erforderlich.

Nachtrag: Es wäre natürlich toll, wenn so eine Technologie in ca. 10 Jahren zur Verfügung stünde! Noch dazu, wenn bis dahin aus dem Polywell-Ansatz auch etwas würde. Aber zumindest bei Polywell bin ich doch noch sehr skeptisch, ob da überhaupt etwas dran ist.

Ich wecke mal diesen Uralt Thread auf. Es wurde ein Ergebnis der Forschungsarabeit veröffentlicht.

http://arxiv.org/pdf/1406.0133v1.pdf

Das Konzept zur verbesserten Einschließung des Plasmas wurde bestätigt. Das Testmodell hat aber noch nicht den break even Punkt erreicht.

Sie sagen, sie haben ein gültiges Konzept für wirtschaftliche Fusion mit einem relativ kompakten Reaktor. Gelesen habe ich den Bericht aber noch nicht.

We report experimental results validating the concept that plasma confinement is enhanced in
a magnetic cusp configuration when  (plasma pressure/magnetic field pressure) is of order unity.
This enhancement is required for a fusion power reactor based on cusp confinement to be feasible.
The magnetic cusp configuration possesses a critical advantage: the plasma is stable to large scale
perturbations. However, early work indicated that plasma loss rates in a reactor based on a cusp
configuration were too large for net power production. Grad and others theorized that at high 
a sharp boundary would form between the plasma and the magnetic field, leading to substantially
smaller loss rates. The current experiment validates this theoretical conjecture for the first time
and represents critical progress toward the Polywell fusion concept which combines a high  cusp
configuration with an electrostatic fusion for a compact, economical, power-producing nuclear fusion
reactor.

Nachtrag/Kommentar.

Ich weiß nicht recht, was ich davon halten soll. Wenn ich höre, daß ein neues Konzept wirtschaftliche Fusion zeitnah möglich machen soll, bin ich immer skeptisch. Immerhin wurde dieses Projekt vom US-Militär finanziert, was auch immer das bedeutet.