ik weet dat de discussie is afgesloten, maar ik lees hier net iets waarvan ik denk dat het voor iemand die dit later herleest nuttig is. Het grootste probleem bij fusie is eigenlijk dat de werkzame doorsnede voor coulomb-scattering minstens 40x groter is, wanneer je bij de optimale energie werkt. dit betekent dit in de synchroton 40 keer de energie verloren gaat, Dus dat is zowel 40 keer de energie die je nodig hebt om te versnellen dan degene die je krijgt door elektromagnetische uitstraling bij de versnelling om de reotatie te onderhouden. Dit is de reden dat men overgegaan is naar een plasmereactor, waar de wegketsende deeltjes terug gerecupereerd worden en hierbij dus geen energie verloren gaat. Merk op dat een hogere snelheid kiezen geen soelaas biedt omdat de werkzame doorsnede voor fusie ook begint te dalen, volgens hetzelfde 'te weinig tijd'-mechanisme.

Benm schreef:De kans op fusie bij een bepaalde naderingsafstand is wellicht wel af te leiden uit andere experimenten. Bijv in de Fransworth fusors is het denk ik wel mogelijk aantallen deuteriumionen te bepalen, evenals hun electrisch aangelegde snelheid/energie (meestal tientallen kV, dus dat getal heb je hierboven al aardig goed).  

Uiteindelijk komt hier een getal uit dat de gemiddelde cross section voor fusie is - dus hoe dichtbij de deeltjes gemiddeld moeten naderen willen ze fuseren. Met verschillende voltages zou je het verband met de energie kunnen vastleggen.

Ik denk dat de natuurkunde hiervoor te exotisch is voor mij om dat af te leiden uit andere experimenten, zoals de Fransworth fusor, of the Lawson criteria. Ik laat het idee hier maar bij. Iedereen bedankt voor het meedenken en de tips.

Bij 3 kerndeeltjes is het ongeveer 3 GeV.

Bij 2 kerndeeltjes is het ongeveer 2 GeV etc.

Ik had 2 neutronen en 2 protonen genomen omdat dit gemakkelijker voor te stellen is.

Een elektron is maar 0.5 MeV. Dus ongeveer 2000 keer lichter dan een enkel proton of neutron.

De kans op fusie bij een bepaalde naderingsafstand is wellicht wel af te leiden uit andere experimenten. Bijv in de Fransworth fusors is het denk ik wel mogelijk aantallen deuteriumionen te bepalen, evenals hun electrisch aangelegde snelheid/energie (meestal tientallen kV, dus dat getal heb je hierboven al aardig goed).

Uiteindelijk komt hier een getal uit dat de gemiddelde cross section voor fusie is - dus hoe dichtbij de deeltjes gemiddeld moeten naderen willen ze fuseren. Met verschillende voltages zou je het verband met de energie kunnen vastleggen.

Aangezien dit een gemiddelde is zegt het echter niet heel veel over hoe dat op microschaal precies verloopt.

Schwartz schreef:Voor de goede orde wil ik stellen dat:

Als je twee kernen met positieve lading wil laten botsen zullen deze voor de botsing elkaar gaan beinvloeden. De ene douwt de andere weg.

Dat is me wel duidelijk. De snelheid v had ik zo groot gekozen, dat die de afstoting kan overwinnen. Op internet vind ik daarvoor trouwens verschillende waarden. Op de ene site schrijven ze 20 keV voor zowel deuterium als tritium. Op een andere site vind ik 51 KeV voor deuterium als het tritium stilstaat.



Fusie treedt op als deuterium en tritium binnen een afstand van 1 E-15 [m] komen. De snelheidsvector zal veel dichter op de kern gericht moeten zijn, omdat het deutrium door de afstoting van richting wil veranderen. Goed, die kracht wordt overgebracht door fotonen, maar verandert dit veel aan wat er gebeurt? Ik had de afstand r uit een experimenteel bepaalde grafiek willen halen, maar kan die niet vinden. Voor die afstand r heb ik daarom, om toch iets te kunnen invullen, een aanname gedaan: 1 E-18 [m], dan zijn de deeltjes toch behoorlijk scherp op ramkoers.

Schwartz schreef:Indien men de kernen hoge snelheden geeft, in feite doet men ze dan verzwaren,  

dan heeft men steeds minder last van dat ontwijkeffect doordat de kernen een 'grotere kinetische energie (lees ook massa)' hebben.  

Bij 4 kerndeeltjes zeg maar 4 Giga eV rustmassa plus de energie.

Hoe hoger de snelheid hoe meer kans op fusie? Dat geloof ik. Wat is de meest ideale snelheid? Te langzaam: de deeltjes komen niet dicht genoeg bij elkaar. Te snel: de deeltjes vliegen door elkaar heen? Maar wat anders: hoe kom je aan die 4 Giga eV?

Schwartz schreef:Nu nemen we 5 alfas die precies parallel vliegen waarbij de middelste precies op de ramkoers ligt met een beta.  

De beta gaat aan het stuurtrekken....ontwijken die handel.

Op de site's die ik heb gevonden over fusie tussen deuterium en tritium, spreken ze alleen over die twee atoomkernen. Wat is je bron, voor je voorstelling dat voor fusie er nog een hele horde atoomkernen parallel mee moet bewegen?

Schwartz schreef:Dit verhaal geeft een beetje aan hoe complex de zaak is.  

Maar dit is leuker dan zo'n fusieplaatje.

Het is een mooi verhaal , maar ik geef toch de voorkeur aan een grafiek die het verband geeft tussen snelheid, afstand en fusie. Hoe complex het ook mag zijn wat er feitelijk allemaal gebeurd. Is er ooit een proef gedaan waar één deeltje deuterium op afstand langs één deeltje tritium wordt geschoten? Op een meter afstand, geen fusie natuurlijk. En daarna die afstand steeds en steeds kleiner maken. De snelheid ook variëren, en meten of er al of niet fusie optreedt. Misschien is deze proef nog nooit gelukt?

Voor de goede orde wil ik stellen dat:

Als je twee kernen met positieve lading wil laten botsen zullen deze voor de botsing elkaar gaan beinvloeden.

De ene douwt de andere weg.

De vrijheid die de kern heeft bestaande uit protonen en neutronen, hij heeft reeds een natuurlijke trilling op al die protonen en neutronen, is afhankelijk van zijn omgeving.

Als men een kern van 2 protonen en 2 neutronen neemt en men neme er nog een en men wil deze op elkaar laten knallen dan moet men dit als volgt voorstellen:

Tussen de protonen en neutronen worden er constant kernkracht deeltjes uitgewisseld zodat de kern bijeen blijft.

Komt nu de andere in de buurt met hoge snelheid dan zorgen de fotonen ervoor dat ze elkaar beinvloeden.

De kern bekomt energie van de ene en straalt deze ook weer uit.

Hierdoor gaat de kern van plaats veranderen doordat de onderlinge relaties dit als algemeen zien.

(note: als je met je auto gas geeft versnel ik miljarden kernen!!!!!, maar elke kern moet via fotonen dit doorbekomen, je auto vervormt dan bij versnelling, indien men het gas constant houdt zullen alle kernen weer in hun natuurlijke states komen)

Dus als een kern een andere kern nadert gaan door de onderlinge uitwisselingen van fotonen deze kernen elkaar ontwijken.

De doorsnede van de kern is een maat.

Door de krachten onderling wordt deze maat zeer klein.

Indien men de kernen hoge snelheden geeft, in feite doet men ze dan verzwaren,

dan heeft men steeds minder last van dat ontwijkeffect doordat de kernen een 'grotere kinetische energie (lees ook massa)' hebben.

Bij 4 kerndeeltjes zeg maar 4 Giga eV rustmassa plus de energie.

Omdat bij een botsing de kern in rust is op horizontaal-vlak weegt hij 4 Giga eV.

Dat geldt voor beide.

Die 4 Giga eV aan massa zit virtueel vast aan de fotonen onderling zodat het een positie heeft in de ruimte.

(er werken ook nog gravitonen op die de kern een vertikale energie geeft)

Nu hebben we een voorstelling van de twee kernen die elkaar naderen en steeds meer last bekomen van elkaars fotonen.

Men kan zich nu voorstellen dat bij de nadering de posities van de kerndeeltjes zich vervormen en dat er beweging ontstaat in het geheel.

De massa van 4* 1 GeV dat in trillingen is bekomt hierdoor torsie etc etc etc.

Als nu de kern zeer dichtbij komt waardoor er kernkracht deeltjes van proton-neutron zich vergissen in de identiteit dan ontstaan er mogelijkheden tot veranderingen.

Het geheel kan ook weer terugvallen zodat de twee kernen door elkaar heen vliegen als het ware.

Als er echter problemen optreden bij de uitwisselingen dan is er een fusie.

Er ontsnapt een neutron etc en die bekomt een bepaalde snelheid zoals een pingpongbal die omhoogschiet uit een waterton.

Nu gaan we wat meer deeltjes toevogen:

we laten nu twee kernen parallel vliegen, de alfas, ze gaan uiteen door hun onderlinge afstoting.

Deze komen nu een kern tegen, de beta, die in tegengestelde richting vliegt.

De twee kernen alfa zullen met dubbele kracht de kern beta beinvloeden.

De kern beta kan nu niet naar links ontwijken of naar rechts omdat de kracht 0 is.

Hij remt nu harder af.

Hij kan nu echter nog wel naar boven of beneden.

Zou men de alfas vastbinden op een bedje en erboven een beta loslaten dan zal de beta naast de alfas vallen.

Nu nemen we 3 alfas die parallel vliegen.

Nu komen die een beta tegen waarbij de middelste alfa precies op koers ligt.

De beta kan nu niet naar links en rechts maar nog wel naar boven en beneden.

Nu nemen we 5 alfas die precies parallel vliegen waarbij de middelste precies op de ramkoers ligt met een beta.

De beta gaat aan het stuurtrekken....ontwijken die handel.

Hij rukt bij een binnenkomend foton(-torpedo startrek-geintje) van alfa 1 naar links.

Hij rukt bij een binnenkomend foton van alfa 2 naar onderen.

Hij rukt bij een binnenkomend foton van alfa 3 naar rechts.

Hij rukt bij een binnenkomend foton van alfa 5 naar boven.

Hij trapt op de rem bij een binnenkomend foton van alfa 4 die precies op ramkoers ligt.

Doordat de foton(-torpedos) niet tegelijkertijd binnenkomen en allemaal verschillende krachten hebben gaat de kern toch van koers afwijken.

Hij schiet rakelings langs de alfa en ziet net een pion een proton in een neutron veranderen. wauw....

En gaat weer door de 10 meter lange tunnel....

Onderweg komt de kern miljarden fotonen tegen die hem de weg wijzen door de tunnel.

Nu komt ie weer bij het fusievat.

Hij bekomt van achter een trap tegen zijn gat door een groepje neutrinos.

Hij versnelt enorm en zit nu haast tegen lichtsnelheid.

Hij komt weer datzelfde groepje alfas tegen en doordat de kern nu haast stekeblind is geworden raast hij gewoon op een alfa af.

KNAL.

Waarom is hij stekeblind geworden?

Het aantal uitwisselingen van de fotonen bij een kern is bij lage snelheden hoger dan bij hele hoge.

De kern alfa zend bij elke tik een deeltje uit in een bepaalde richting.

De beta doet dat ook.

Doordat de beta nu een hele grote afstand aflegt bij 1 tik zal hij in plaats van tig fotonen nu maar enkele ontvangen van die ene alfa die hem van koers afbrengen.

Dit verhaal geeft een beetje aan hoe complex de zaak is.

Maar dit is leuker dan zo'n fusieplaatje.

Laat ik eens wat getallen invullen voor die eerder opgestelde vergelijking voor de hoeveelheid fusie energie die bij kruisende synchrotrons vrijkomt:


waarin:
het vermogen in watt
de snelheid van de deuterium en tritium atomen in meters per seconde
het aantal atomen tritium en deuterium per kubieke meter
de diameter van de reactie kamer in meters
de afstand in meters van de snelheidsvector tot de kernen wil er fusie optreden.

De snelheid v, van de deuterium en tritium kernen neem ik 2.00.000 [m/s], ofwel 0,66% van de lichtsnelheid.

Het aantal deuterium en tritium kernen, a, neem ik 5,4 x 10^25 [kernen per kubieke meter]. Dat is bij benadering evenveel als er atomen zijn in één kuub deuterium gas bij 20 graden en één atmosfeer.

De diameter, d, van de reactiekamer neem ik 1 meter.

De afstand, r, van de snelheidsvector tot de kernen wil er fusie optreden, zou ik uit een grafiek moeten halen. Maar die grafiek kan ik nergens vinden. De afstand r zal zeker kleiner moeten zijn dan 1.0E-15 [m]. Dit is de afstand die deuterium en tritium moeten hebben, wil de aantrekkende kracht groter zijn dan de afstotende kracht. Ik doe een wilde gok, als r éénduizendste daarvan is: 1.0E-18 [m], dan raakt deuterium en tritium elkaar toch al behoorlijk vol op elkaars neus.

Als ik dan de vergelijking invul kom ik uit op een vermogen van de 2200 MW

Waarbij aangetekend dat ik r heb gegokt. Het kan best zijn dat r veel kleiner is. Maar misschien is r wel groter? Wie kan mij helpen aan die grafiek, het verband tussen snelheid, afstand r en de kans op een fusiereactie?

In die vergelijking die ik had opgesteld voor elkaar onder een hoek van 15 graden kruisende synchrotrons, heb ik inderdaad geen relativistische of kwantummechanische effecten meegenomen.

Maar deuterium en tritium hoeven bij lange na niet de lichtsnelheid te hebben bij botsing. Zolang de snelheid betrekkelijk laag is, zal de vergelijking nog wel opgaan.

Of deuterium en tritium botsen en fuseren heeft natuurlijk alles te maken met kwantummechanica. Er is een kans dat ze fuseren, er is geen zekerheid. Een grafiek voor botsing van deuterium en tritium zal alleen kunnen aangeven dat er bij een bepaalde snelheid en afstand r (loodrecht op de snelheidsvector) een kans is op fusie. Stel ik heb die grafiek, met een lijn die aangeeft wanneer er 90% kans op fusie is, dan kan ik die waarden gebruiken. En de vergelijking iets aanpassen (bij benadering keer 90% doen). Heel veel verandert er mijns inziens daardoor niet aan de vergelijking die ik had opgesteld.

tekst van een pfd file die ik bij iter heb gevonden:

However, collisions in a plasma do not conform to the simple picture we might have based

on the collisions of billiard balls, or those between the molecules of a normal gas. The basic reason is that in these two cases the collision occurs when the balls or molecules make contact,

but the particles of a plasma collide with distant particles. The force between the plasma particles

is the Coulomb force between electric charges. This force falls off comparatively slowly with distance, in fact with the inverse square of the distance between the particles.

As a result of this long range interaction any given particle is colliding simultaneously with a large number of other particles.

In a plasma such as that in JET each particle is simultaneously “in collision” with

millions of other particles.

Het bovenstaande is een goede zin met veel diepgang.

Fantastische formule. Alleen dnek ik dat je er nog een gamma factor moet inzetten, voor relativitische correcties. Heb je al eens geprobeerd om er wat waarden in te vullen om zien of je een break-even bereikt?

Ik heb een vergelijking opgesteld voor de hoeveelheid fusie energie die bij kruisende synchrotrons vrijkomt:
waarin:
het vermogen in watt
de snelheid van de deuterium en tritium atomen in meters per seconde
het aantal atomen tritium en deuterium per kubieke meter
de diameter van de reactie kamer in meters
de afstand in meters van de snelheidsvector tot de kernen wil er fusie optreden.

afleiding van de vergelijking:



Als twee torussen onder een hoek van 15 graden staan dan is het volume waar ze elkaar kruisen gelijk aan:
waarin:
het volume van de reactieruimte in kubieke meters
de doorsnede van de stroom deeltjes in meters

Het deuterium beweegt in de ene torus met een snelheid v meter per seconde. Het tritium beweegt in de andere torus eveneens met een snelheid v meter per seconde. Voor de afleiding van de vergelijking doe ik alsof de deuterium atomen stilstaan, en de tritium atomen met een snelheid 2v bewegen.

In de reactieruimte bevinden zich n atoomkernen deuterium:
waarin:
het aantal atoomkernen deuterium in de reactieruimte
het aantal atoomkernen deuterium per kubieke meter

Als een molecuul deuterium op een molecuul tritium afvliegt en de afstand tussen de snelheidsvector en de atoomkernen is kleiner dan r meter, dan treedt er fusie op. Alle deuterium kernen samen vormen nu een oppervlakte waar tegenaan gebotst wordt en fusie optreedt:
waarin:
het fusieoppervlak in vierkante meters
de afstand van de snelheidsvector tot de kernen wil er fusie optreden in meters

Dit fusie oppervlak is een deel van de oppervlakte van de stroom. Het is een zeef, een deel van de atooomkernen vliegt door de zeef heen, een ander deel botst en fuseert. Het deel van de stroom dat fuseert is:
waarin:
de kans dat een door de reactieruimte bewegende tritium kern fuseert
de doorsnede van de stroom deeltjes in meters

De deuterium kernen had ik voor de afleiding van de vergelijking stil gezet. De tritium kernen gaan dan met een snelheid 2v. Door het reactie-oppervlak schieten een aantal tritium kernen per seconde:
waarin:
het aantal tritium kernen dat door het reactie-oppervlak schiet
het aantal atoomkernen tritium per kubieke meter

Het aantal fusie reacties is dan:
waarin:
het aantal fusie reacties per seconde

Bij één reactie tussen deuterium en tritium komt 17,6 MeV energie vrij.

1 eV = 1,6 x 10^-19 joule

Het vermogen van de kruisende synchrotrons is dan:
waarin:
het vermogen in watt
de snelheid van de deuterium en tritium atomen in meters per seconde
het aantal atomen tritium en deuterium per kubieke meter
de diameter van de reactie kamer in meters
de afstand in meters van de snelheidsvector tot de kernen wil er fusie optreden.

wat gegevens over Iter:

Plasma Major Radius 6.2 m

Plasma Minor Radius 2.0 m

Plasma Volume 840 m3

Plasma Current 15.0 MA

Toroidal Field on Axis 5.3 T

Fusion Power 500 MW

Burn Flat Top >400 s

Power Amplification >10

Het plasma volume is 840 m3....

Dat is BIGGGGG.

Dat is een flinke donut.

De kans van een optreden van een fusiereaktie hangt af van het aantal dat elkaar kruist.

Je rijdt met je auto tegen het verkeer in:

bij een zandweg heb je soms een botsing.

Op de autosnelweg naar amsterdam heb je zeer zeker een botsing.

Bij de 2 ringen zijn de deeltjes lang onderweg.

Zeg dat jouw ring 10 meter in lengte is.

De fusiekamer diameter is dan zeg maar 5 cm.

Dan komen de deeltjes maar 1 op 200 bij elkaar langs. 199 op 200 zitten ze te koffieleuten.

As twee protonen elkaar tegenkomen stoten ze elkaar af.....

In de beam willen alle protonen elkaar afstoten om lekker uit te waaieren.

Om toch de hoge particle-dichtheid te behouden moet men dit tegengaan.

Als de twee beams elkaar kruizen is het een gevecht van + tegen + en de protonen schieten erna alle kanten op.

Het is een onmogelijke taak om dit zootje protonen in de hand te houden.

De em straling die de deeltjes afgeven als ze van baan veranderen kunnen andere deeltjes energie geven indien er deeltjes in de buurt zijn.

De bolvorm is hiervoor het beste remedie omdat dan het verlies zeer beperkt wordt.

Bij het koffieleuten, deeltje draait een rondje, gaat deze energie verloren.

Deuterium en tritium lopen in een ring, en daarom zal synchrotronstraling ontstaan. Dat is een verlies. Dat verlies heeft het cern, en iter ook. Om de tokamak van iter te laten werken moet steeds veel energie aan het plasma worden toegevoegd, en de schaal van iter moet ook zo groot zijn, dat er meer energie door fusie ontstaat, dan dat er door, onder andere, synchrotronstraling verloren gaat. Datzelfde probleem is er bij de kruisende synchrotrons die ik voorstel. Anders dan bij het cern zijn de snelheden die ik nodig heb voor de kruisende synchrotron véél lager. Het heeft ook een groot voordeel het deuterium en tritium in een ring te laten lopen. Zo kruisen de stromen elkaar iedere keer weer, en is er een kans dat de moleculen elkaar vol raken en er fusie optreedt.

Op de site van Iter staat (bedankt voor de tip [rr] ):

Heating a plasma requires putting more energy into the plasma than leaks out. In magnetic confinement, energy can be lost from the plasma by conduction and by radiation, convection playing only a very weak role in heat transfer due to the low plasma gas pressure. Radiation inside the plasma comes in two forms - "bremmstrahlung" (braking radiation) due to the deceleration and acceleration of charged particles as they interact with one another, and syncrotron (cyclotron) radiation due to the continuous orbiting of charged particles round the field lines (i.e due to their corresponding acceleration).

bron iter

De energie voor een fusiecentrale:

http://www.iter.org/a/index_faq.htm

en dan naar

Where does the initial tritium come from?

Je vindt op de site van iter veel informatie, vooral bij de A-Z index.

Bij Cern hadden ze liever een rechte deeltjesversneller gehad dan een cirkel.

Waarom dan een cirkel?

Omdat men dan bij elk rondje het deeltje energie mee kan geven.

Bij een rechte lijn zit men anders met een ellenlange tunnel.

Omdat een deeltje niet weet dat het door de bocht moet als het in de tunnel zit brengt men magneetvelden aan die er voor zorgen dat het deeltje in de baan blijft.

Dit brengt echter een energie-verlies met zich mee door syncrotron-straling.

Ze moeten deze energie-verliezen compenseren.

Het aantal deeltjes dat door de bocht gaat is nogal miniem maar door de zeer hoge snelheden zijn de benodigde energieen enorm.

Het principe wat jij voorstelt is dus door de syncrotronstraling niet maakbaar.

Men kan als de deeltjesversneller aanstaat bij Cern niet langs de tunnel lopen door de straling.

Daarom gebruiken ze bij Iter een magnetisch opgesloten reactorruimte waarin de deeltjes blijven.

Deze ruimte bestoken ze met microgolven die de deeltjes in beweging brengen, energie erin pompen.

Als een deeltje ontsnapt dan botst deze tegen de wand van de reaktor en zal daar energie afgeven.

Dit beschadigd de wand en na vele botsingen kan er een gat ontstaan zodat luchtatomen lekker het vat binnendringen.....