Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - 1957, H. 46 - Den termonukleära reaktorn, av Jan Flinta
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
Effektuttag
Vid uppvärmning till 50 i stället för 100 keV
blir ca 50 % av den vid fusionen genererade
effekten tillgänglig som strålnings- och
konvektionsvärme i bortgående gaser. Tillsammans
med det värme som genereras av infångade
neutroner i strålskyddet kan detta värme
utnyttjas för drift av ett konventionellt
ångkraftverk.
Resterande 50 % av effekten i reaktionszonen
kan då tas ut direkt som eleffekt. Överlagrad
på magnetlikströmmen får man nämligen en
växelström, som uppstår genom att alla joner
bildar cirkulerande strömmar i samma
riktning; denna bestämmes av det permanenta
magnetfältets riktning. Om man via en
trans-formatorlindning runt toroiden återkopplar en
del av denna genererade växelström till
starttransformatorn kan man påverka reaktionen
så att reaktionspartiklarna produceras i takt
med växelströmmen. Man får därigenom en
blandning av termonukleär och
betatronfram-kallad reaktion.
Neutronstrålning
För varje fusion av två deutroner frigöres en
neutron, samtidigt som ca 4 MeV frigöres i
form av nyttig värmeeffekt till plasman vid
starkt magnetfält. Vid en uranreaktor läcker
ca 0,06 neutroner ut vid en fission som ger
200 MeV. Det betyder att vid lika värmeeffekt
läcker 800 gånger så många neutroner ut från
en fusionsreaktor som från en atomreaktor
(tabell 1, rad 15).
När neutroner bildas vid termonukleära
reaktioner är det en fundamental förutsättning att
de skall utnyttjas och detta bör ske utan att
radioaktivt avfall uppstår.
Eftersom neutronerna från T-D-reaktionen
har mycket hög energi upp till 14,6 MeV, måste
de bromsas ned till låg energi och absorberas.
I medeltal bortför neutronerna 8,5 MeV per
fusion vid användande av starkt magnetfält.
Till nedbromsningsenergin kommer
absorp-tionsenergin, vars storlek beror av det
absorberande ämnet.
Man kan omge fusionsgeneratorn med uran
238, som med de snabba neutronerna ger
fissionsenergin 200 MeV per neutron. Eftersom
en neutron avges och 4,2 MeV frigörs vid varje
D-D-reaktion, erhålles ett energitillskott som
är 50 gånger så stort som fusionsenergin, om
man grovt räknar med att de nya vid fissionen
frigjorda neutronerna endast kompenserar
neutronförlusterna. Detta är emellertid en mindre
lämplig lösning, emedan man då har kvar
problemen med fissionsprodukternas strålning och
uranets kylning.
Betydligt fördelaktigare är det att bromsa
neutronerna och absorbera dem i 6Li eller 10B,
som båda ger obetydlig /-strålning. Litium har
fördelen att det självt kan utgöra moderator
och kylmedium och kan pumpas genom
kylare. Varje absorberad neutron ger 4,8 MeV
vid spaltningen av 6Li, vilket tillsammans med
bromsningsenergin bidrar med 13,3 MeV
värmeenergi, dvs. tre gånger så mycket som
utvecklas i reaktionszonen. Används svagt
magnetfält, varvid reaktionsprodukternas energi
ej tillföres plasman direkt, får man 2,4 MeV
värme i kylmanteln, 1,2 MeV värme vid
broms-ning av neutronerna samt 4,8 MeV vid
spaltningen av litium.
Med bor 10 som absorbator erhålles ca 3 MeV
vid spaltningen, dvs. neutronerna bidrar med
ca 2,5 gånger så stor värmeeffekt som den som
utvecklas i plasman direkt. Bor används
lämpligen i vattenlösning, vilken är lätt att
handha. Inga värdefulla biprodukter bildas. Vid
användning av litium däremot får man tritium
vilket kan utnyttjas som lättreagerande
termo-nukleärt bränsle eller inom forskning och
industri.
Helst vill man emellertid ha en termonukleär
reaktion som inte ger några neutroner.
Reaktorn blir nämligen enklare då genom att
omgivande moderator och strålskydd ej behövs.
Dessa kräver stort utrymme och ett mycket
stort kylsystem för hög temperatur varigenom
de blir dyrbara. Viktigast torde emellertid
vara att man slipper den högenergetiska
neutronbestrålningen av konstruktionsmaterialet.
Det blir nämligen fråga om oerhört mycket
större stråldoser än dem man hittills haft att
göra med (tabell 1, rad 16).
Tänkbara reaktioner, som ej ger neutroner,
är D-H (5,5 MeV), T-H (20 MeV), 3He-D (18,3
MeV) och eLi-D (22,4 MeV). Emellertid sker
D-D- och T-T-reaktionerna, vilka ger mycket
neutroner, betydligt lättare, varför ingen helt
neutronfri reaktion erhålles. En annan
tänkbar reaktion 7Li-H (17,2 MeV) fordrar
betydligt högre reaktionstemperatur (ca 300 keV),
men den höga reaktionsenergin gör processen
energetiskt självförsörjande.
Magnetfält och värmeöverföring
För att vid D-D-reaktionen hålla ihop enbart
deuteronerna i urladdningen, behöver man ett
magnetfält på ca 2 Wb/m2. Deuteronernas
banor får en radie på 5 cm, vilket ger 20 %
plasmaförlust genom värmeledning vid 50 cm
radie på urladdningsrummet. Skall dessutom
heliumjonerna i reaktionsprodukterna hållas
kvar i urladdningen och avge sin energi till
plasman, fordras 8 Wb/m2 vid 20 % förlust.
Mycket stora krav ställs på konstruktionerna,
eftersom 2 Wb/m2 svarar mot ett
expansionstryck av storleksordningen 20 at och 8 Wb/ma
mot 300 at.
Själva lindningen (nickelrör) till en magnet
för denna fältstyrka kommer att väga 300 t och
måste kylas med flytande metall. Erforderlig
matningseffekt för magneten, utförd som en
toroidformad solenoid utan järnkärna, blir 10
MW i första fallet och 50 MW i det senare.
För en självförsörjande fusionsreaktor får
magneteffekten ej uppgå till mer än ca 10 %
av den genererade effekten, som då behöver
1112 TEKN ISK TI DSKRI FT 1957
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
