Dia 1

Kernfusie, een zon op aarde Mark-Tiele Westra FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen 19 april 2004

Dia 2

Inhoud 1.De toekomst van de energievoorziening 2.Kernenergie 3.Onderzoek naar kernfusie 4.Fusie als energiebron

Dia 3

Het wereldwijde energiegebruik neemt snel toe Bevolkingsgroei Snelle ontwikkeling, bijv. India, China

Dia 4

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Jaar Energieconsumptie (EJ) Zuid Noord 199020002010 202020302040 205020602070208020902100 Wereld-energiegebruik IIASA B-scenario China, India,

Dia 5

Oil 37.5% Gas 21.1% Coal 21.8% Nuclear 6.0% Hydro 6.6% Traditional 6.4% Geothermal 0.12% Wind 0.04% Biomass 0.4% Solar 0.009% Renewable 0.57% Wereldwijde energieproductie door verschillende bronnen in het jaar 2000

Dia 6

Problemen met huidige energievoorziening 1.Aankomend tekort fossiele brandstoffen 2.Energie-afhankelijkheid 3.Klimaatverandering door broeikaseffect

Dia 7

Energievooraden 1.Olie: nog 40 jaar, top productie over 5-10 jaar 2.Gas: nog 60 jaar, top productie over 15-20 jaar 3.Kolen: nog honderden jaren, maar vies en gevaarlijk

Dia 8

(source BP statistical review 2002) Billion Barrels Waar is de olie?

Dia 9

Snelle toename CO 2 concentratie Klimaatverandering

Dia 10

En toename temperatuur Klimaatverandering

Dia 11

Groei CO 2 -uitstoot

Dia 12

De uitstoot moet snel naar beneden

Dia 13

De uitstoot moet snel naar beneden: we moeten de rode lijn volgen

Dia 14

We moeten naar CO2-vrije energie!

Dia 15

biomassa kernsplijting wind water zon CO2-opslag aardwarmte kernfusie

Dia 16

Oil 37.5% Gas 21.1% Coal 21.8% Nuclear 6.0% Hydro 6.6% Traditional 6.4% Geothermal 0.12% Wind 0.04% Biomass 0.4% Solar 0.009% Renewable 0.57% 80% van de nederlandse groene energie is huisvuilverbranding

Dia 17

1.De toekomst van de energievoorziening 2.Kernenergie 3.De zon op aarde 4.Fusie als energiebron

Dia 18

E = m c 2 Energie Massa Lichtsnelheid Een rozijn van 1 gram bevat 0.001 x 300.000.000 2 = 910 13 Joule, oftewel evenveel als 4 duizend ton kolen!

Dia 19

Hoe maak je die energie vrij? Kernsplijting Kernfusie

Dia 20

Kernsplijting

Dia 21

Kernfusie

Dia 22

Kerncentrales: kernsplijting

Dia 23

Voordelen Geen CO2 Op grote schaal mogelijk Nieuwe ontwerpen inherent veilig Nadelen Kapitaal-intensief en grootschalig Langlevend radioactief afval Kettingreactie: gevaar voor ongelukken Verspreiding kernwapen-materialen

Dia 24

Gevaarlijk om mee te werken? Radioactieve straling is niet gevaarlijk als je er goed mee omgaat Kernenergie is voor werknemers de veiligste energiebron om mee te werken.

Dia 25

Typen straling Alpha: een groot, langzaam bewegend deeltje afkomstig van een radioactief element. Het is de kern van een helium-atoom. Beta: een klein, snel deeltje, afkomstig van een radioactief element. Het is een elektron. Gamma: gammastraling is elektromagnetische straling zoals zichtbaar licht, maar met veel meer energie

Dia 26

Stralingsbescherming

Dia 27

Afscherming alpha papier, kleding beta lab jas, handschoenen gamma- lood, dik beton Zo kort mogelijke blootstelling Houd afstand van bron

Dia 28

1.De toekomst van de energievoorziening 2.Kernenergie 3.De zon op aarde 4.Fusie als energiebron

Dia 29

Fusie is de energiebron van de zon en de sterren De zon zet elke seconde 600 miljoen ton waterstof om in helium

Dia 30

Ontwerp je eigen reactor fusie

Dia 31

brandstof temperatuur druk warmteverlies

Dia 32

Brandstof waterstof + - deuterium + - tritium + -

Dia 33

en heel veel energie! deuterium tritium helium neutron De fusiereactie

Dia 34

Temperatuur De zon: 15 miljoen graden Op aarde: 150 miljoen graden!

Dia 35

Druk 10 bar Tussen fietsband (6 bar) en espresso-apparaat (14 bar)

Dia 36

Hoe houd je iets warm? isolatie grootte (grote dingen koelen minder snel af)

Dia 37

Voorbeelden: de zon, bliksem, TL-buis, neon-buis Plasma

Dia 38

Hoe maak je iets 150 miljoen graden? In een oven!

Dia 39

oven verhitting waterstof gas

Dia 40

oven waterstof plasma verhitting

Dia 41

waterstof plasma oven heet hard aan verhitting

Dia 42

probleem: wandcontact! hard aan verhitting waterstof plasma heet

Dia 43

hard aan verhitting Voorkom wandcontact met magnetisch veld hydrogen plasma heet

Dia 44

hard aan verhitting Voorkom wandcontact met magnetisch veld hydrogen plasma heet Plasmadeeltjes volgen het magnetisch veld

Dia 45

hard aan verhitting waterstof plasma heet

Dia 46

Voorbeeld van plasma dat magneetveldlijnen volgt

Dia 47

probleem: uiteinden hard aan verhitting waterstof plasma heet

Dia 48

dit werkt fantastisch! uiteinden vermijdt: torus !

Dia 49

De Tokamak Dit is de Joint European Torus, JET, in Engeland. Jet is het grootste kernfusie- experiment ter wereld.

Dia 50

JET van binnen

Dia 51

Vooruitgang in getallen 197019751980198519901995 2000 2005 10 -6 10 -4 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 810 Fusie-vermogen [Watt] Hier Voorspelden we dit 20102015 ITER 16 MegaWatt JET D-T D-D Kolencentrale

Dia 52

197019751980198519901995 2000 2005 10 -6 10 -4 10 -2 10 0 10 2 10 4 10 6 10 810 Fusie-vermogen [Watt] 20102015 ITER 16 MegaWatt JET D-T D-D Hier Voorspelden we dit Vooruitgang in getallen Kolencentrale Door politieke vertraging komt ITER pas in 2015

Dia 53

De geschiedenis van fusie, van 1960 tot 2015

Dia 54

1960

Dia 55

1970

Dia 56

1980

Dia 57

1990 JET

Dia 58

2010 ITER

Dia 59

ITER vergeleken met een kolen centrale

Dia 60

1.De toekomst van de energievoorziening 2.Kernenergie 3.De zon op aarde 4.Fusie als energiebron

Dia 61

Fusie als energiebron Elektriciteits- productie: 13 GW

Dia 62

Fusie als energiebron Elektriciteitsproductie: 1000 3000 MW Jaarlijks brandstofverbruik 1000 MW: 100 kg D, 300 kg Li Brandstofkosten: verwaarloosbaar Investeringskosten: hoog Kosten van elektriciteit: 0.050.10 Euro per kWh, vergelijkbaar met andere duuzame, schone bronnen in 2070

Dia 63

Voordelen Geen CO2, dus geen bijdrage broeikaseffect Geen andere chemische afvalstoffen Veilig Brandstof ruim voorradig en voor iedereen beschikbaar Nadelen Kapitaal-intensief en grootschalig Tritium is radioactief Produceerd radioactief afval, maar laag- radioactief en relatief kortlevend

Dia 64

Tijdens bedrijf wordt geen afval geproduceerd, slechts helium Tijdens het bedrijf is er geen vervoer van radioactieve materialen nodig De wand van het plasmavat wordt tijdens het bedrijf radioactief en moet na ontmanteling 50-100 jaar worden opgeslagen. Daarna is het niveau vergelijkbaar met dat van kolenas, en kan het materiaal hergebruikt worden, of opgeslagen als laag-actief afval. Afval

Dia 65

Kernsplijting Kernfusie Kolenas

Dia 66

Veiligheid Geen kettingreactie De brandstoffen deuterium en lithium zijn stabiel en onschadelijk Brandstof voor slechts een minuut aanwezig Als er iets mis gaat, dooft de reactie Tritium is radioactief en giftig

Dia 67

Brandstofgebruik Brandstofgebruik 1000 MW centrale per jaar: BrandstofHoeveelheid Kolen2.700.000 ton Olie1.900.000 ton Fusie100 kg D+ 150 kg T 25 gram fusie-brandstof is genoeg voor de levenslange elektriciteitsbehoefte van een westers persoon

Dia 68

Brandstof Deuterium: uit zeewater (33 gram in 1 m 3 ) Winnen via elektrolyse of chemische techniek Genoeg deuterium voor 40 miljard jaar energie Deuterium uit 1 liter zeewater levert evenveel energie als 340 liter benzine Lithium genoeg voor duizenden jaren Winnen uit erts, overvloedig beschikbaar Er is ongeveer evenveel lithium op aarde als koper

Dia 69

ITER (10-voudige energiemultiplicatie) DEMO (demonstratiereactor) Commerciele reactor Duizend commerciele reactoren JET ( wetenschappelijk experiment, geen energieproductie 15 jaar 35 jaar 50 jaar 100 jaar nu Wanneer is het zover?

Dia 70

Dia 71

the end www.fusie-energie.nl