kernfusie met geconcentreerd zonlicht en een mega telescoop

Ik had dit een paar jaar terug geschreven.

Het gaat om een opstelling om kernfusie mogelijk te maken met geconcentreerd zonlicht.
Zonlicht is echter niet geschikt voor kernfusie omdat de golflengte te groot is. 3% van zonlicht is UV licht.

Bij de National Ignition Facility schieten ze UV lasers in een gouden cilinder. Het goud gaat dan röntgenstraling produceren en dat is wel geschikt voor kernfusie.

Ik heb daarop de opstelling iets aangepast.

Het is mogelijk ook een idee om de spiegels op de grond te gebruiken als telescoop in de nacht. Een Nederlandse natuurkunde professor had gezegd dat je een telescoop met een diagonaal van 30 km nodig hebt om op planeten rond Alpha Centauri in te zoomen zoals met google earth. Je zou dan het oppervlak op een planeet kunnen bekijken.

Laat me weten wat je er van vindt.

quote:

Op vrijdag 31 maart 2023 18:12 schreef mvdejong het volgende:
Het probleem van kenfusie is niet het creeeren van het plasma, er zijn zat technieken om voldoende energie in een reactor te pompen om een voldoende hoge temperatuur te krijgen om het plasma te vormen. Het probleem is het beheersen van het plasma als het eenmaal gevormd is, het lukt nog niet om dat over lange tijd stabiel te krijgen. Is de reactor eenmaal gestart dan zou de hele zonne-centrale overbodig zijn omdat de reactor zichzelf wel actief houdt.

Overigens is dat laatste paragraafje, over het gebruik van spiegels om met geconcentreerd zonlicht water in zuurstof en waterstof om te zetten met een hoge temperatuur volgens mij ook niet echt efficient, je kunt dan beter het zonlicht gebruiken om stroom op te wekken en de stroom bij kamertemperatuur gebruiken. Dat maakt het proces veel makkelijker dan een fabriek te moeten maken met idioot hoge temperaturen.

De productie van waterstof met zonnepanelen is heel inefficient.

De meeste zonnepanelen hebben een rendement van 15%. Bij elektrolyse is het rendement ook 50%. Je zit dan al op een totaal rendement van 7,5%. Als je daadwerkelijk energie uit waterstof gaat halen is het rendement weer 50%.

Het totale rendement is dan 3,75%.

Zeer laag dus.

Als je direct met zonnelicht waterstof produceert, dan haal je een hoop tussenstappen weg.

Bij 600 graden Celcius gaat water ontleden naar zuurstof en waterstof. Die temperaturen kan je nog steeds gebruiken om stoomturbines aan te drijven.

Bij de opstelling voor fusie met geconcentreerd zonlicht haal je temperaturen van 80 miljoen K. Daarmee kan je ook en waterstof produceren en stoomturbines laten draaien.

Overdag heb je een beperkt aantal uren dat je kernfusie kan opwekken. Het is dan handig om een grote hoeveelheid waterstof te produceren.

Ik vraag me af of vloeibaar Wolfraam gebruikt kan worden in plaats van goud om röntgenstraling op te wekken. Wolfraam is veel goedkoper dan goud. Wolfraam heeft een atoomnummer van 74. Goud heeft een atoomnummer van 79. Misschien kan zilver ook (atoomnummer 80).

[ Bericht 0% gewijzigd door polderturk op 03-04-2023 12:33:27 ]

Misschien kan @Haushofer hier een blik op werpen.

Ik heb op reddit ook een topic gestart hierover


https://www.reddit.com/r/(...)content=share_button


Veel discussie. Inmiddels 204 reacties. Veel afgekraakt. De temperatuur zou niet hoger kunnen worden dan de temperatuur op de oppervlakte van de zon. Veel vinden het een leuk idee.

Ik heb een discussie met een drzowie. Ik neem aan een dr in Astrofysics.

Ik ga de discussie hier plaatsen.


------

Drzowie:

Optical concentration cannot produce temperatures higher than the surface of the Sun (roughly 6000 K). There are two reasons for that. (A) if you could, you could violate the 2nd Law of thermodynamics, producing a perpetual motion machine of the first kind (free energy machine); (B) more directly, concentrating optics preserve the *emissivity* of the light -- the power per unit area, per unit solid angle. In other words, if you use a magnifying glass to burn (say) an ant in sunlight, from the ant's perspective the Sun didn't get *intrinsically brighter*, it got *apparently larger* (subtending a large angle in the sky). Since there are only 4π steradians in a complete sphere, you can't concentrate sunlight by more than a factor of [4π / (apparent-size-of-Sun)]. The Sun subtends 6x10^-5 steradians when seen from Earth, so you can only concentrate sunlight optically by up to a factor of roughly ~~16,000~~200,000. That will, under ideal circumstances, get your hot absorbing structure up to temperatures of about 6000K (at which point it will be emitting, via the σT^4 law, just as much energy as it receives) -- which is no coincidence, it is the temperature of the solar photosphere.

You can concentrate the energy from sunlight into higher temperature objects, but only through "normal" heat engine mechanics -- you'd have to convert sunlight to electricity, say, and then use that to drive an accelerator (e.g. a tokamak) or a set of high powered lasers (e.g. the NIF) or something of that general nature.

*Edit: 16,000 gets you to one steradian; there are just over 12 (4π) in a full sphere.*

-------

Mijn reactie

Homelander5000

Imagine a parabolic mirror with an area of 16,000 mm2 (diameter about 14 cm) directing sunlight on an area of about 1 mm2. Now imagine another parabolic mirror with an area of 16,000 mm2 right next to it. Are you saying it is impossible to direct the light on the same 1 mm2 area?

Imagine millions of these small parabolic mirrors directing sunlight on this 1 mm2 area.

(Ik heb 16.000 geschreven omdat drzowie eerst had gezegd dat je zonnelicht niet verder kan focussen dan een factor 1 op 16.000. Dit heeft hij/zij later gecorrigeerd naar 1 op 200.000)


---------

Reactie drzowie

The parabolic mirror you describe would have a focal length of about 12~~mm~~*cm*, so it would expand the solar image on the spot from 0.5 degree diameter to about 120 degree diameter from the point of view of a probe at the spot (i.e. the Sun would appear 120 degrees across when viewed in the parabolic mirror, from the point of view of an unfortunate ant on that one square millimeter). You could get maybe 3-4 more beams to come in from different angles, without blocking the incident sunlight -- but at that point you would run out of angles for the incoming rays to occupy, so you couldn't scale up to a million of those things.

---------

Mijn reactie
Homelander5000


Can you show me the calculation or the link to the calculation? Formulas?

-----------


Reactie drzowie

Well, the Sun is just under 0.5 degrees across, which is (0.5)(π/180)=9 milliradians -- so making an image 1mm across requires a focal length of (1mm/9e-3), or 110mm -- which is 11cm (which I rounded up to 12) Note I made a typo and said "12mm" instead of "12cm". A lens 14cm across, from 11cm away, subtends just over 60 degrees -- but your 14cm diameter mirror will wrap slightly around the probe, subtending roughly twice that.


-----------


Mijn reactie
Homelander5000

How about putting a concave lens at the focal point that turns the beam into a straight parallel beam of sunlight?

---------

Hier heb ik al 11 uur geen antwoord op gehad. Dus ik heb nog een reactie geplaatst.

Homelander5000

Drzowie, how about placing a concave lens at the focalpoint of the parabolic mirror with an area of 200,000 mm2 that turns the converging sunlight into a parallel beam of sunlight with a cross-sectional area of 1 mm2? This beam hits an area at a certain distance. Now near this parabolic mirror you place millions of equal parabolic mirrors with a concave lens at the focal point and all of them direct the beam at the same area of 1 mm2. Can you reach higher temperatures than the temperature of the surface of the sun now? Now we are placing millions of images of the sun on top of eachother.

---------


Een concave lens is trouwens een holle lens. Ik had bijna hollow lens geschreven. Ik heb moeten opzoeken wat een holle lens in het Engels is.


Ik heb het idee dat ik de discussie aan het winnen ben.

Wat denken jullie?

Dit kan natuurlijk alleen in de sahara of andere gebieden die heel veel zon ontvangen.

Stel dit wordt allemaal technisch mogelijk.

Ik stel dan voor dat Nederland een enorm vlot gaat bouwen met een oppervlak van 10 km2. Hij moet 20 meter hoog zijn en de grootste stormen moeten er weinig effect op hebben. 5 km2 is bedoeld om er een enorme opstelling met parabolische spiegels op te bouwen. 5 km2 is bedoeld om er 20.000 mensen op te huisvesten (personeel + gezinnen). Ook moet er voedsel op verbouwd worden. Er komt een stroomkabel op zee van 5000 km die Nederland met het vlot verbindt (3% energie verlies per 1000 km). We gaan ook direct waterstof produceren met de hitte van het fusieproces.

Ik denk dat dit goed past bij de Nederlandse volksaard.

quote:

Op dinsdag 11 april 2023 21:12 schreef crystal_meth het volgende:

[..]
1 mm² is een cirkel met diameter van 1.13mm, maar laten we dat afronden naar 1 mm.
De zon is geen puntbron, het is een cirkelvormige lichtbron met een diameter van 1.4 miljoen km. Of 1.4 *10¹² mm.

Een parabolische spiegel kunnen we beschouwen als opgebouwd uit oneindig veel infinitesimaal kleine vlakke spiegels. En elk van die infinitesimale spiegels zal een beeld van de zon projecteren op het oppervlak.

Illustratie (maar met lens ipv spiegel)
[ afbeelding ]

Nu geldt dat Object_Size / Image_Size = Object_Distance / Image_Distance.
In dit geval moet die verhouding dus 1.4 * 10¹² zijn.

De afstand zon-aarde is 150 miljoen kilometer. Wat ook (bij benadering) de object distance is.
Dan is de image distance = 150*10⁶ km / (1.4*10¹²) = 0.000107 km = 0.107 m

Maw, als je al het licht van de zon op één mm² wil concentreren, dan kan de afstand van de spiegel tot het oppervlak niet groter zijn dan 10.7 cm. Wat de grootte van het spiegeloppervlak dat je kan gebruiken beperkt.

_{De kromming van de spiegel kan daar niets aan veranderen, die bepaalt enkel op welke afstand al de beelden van de "puntspiegels" samenvallen, maar dat "totaalbeeld" kan nooit kleiner zijn dan het beeld van één puntspiegel.}

(Hopelijk heb ik de decimale punt op de juiste plaats gezet..)

Dat had ik al begrepen.
Drzowie had gezegd dat het brandpunt op 11 cm staat. Ik heb als oplossing aangedragen dat je een holle lens of een bolle spiegel op het brandpunt zet zodat de convergerende straal omgezet wordt naar een paralelle straal met een dwarsdoorsnede van 1 mm2. Al deze miljoen paralelle stralen worden dan op één punt gefocused.

Drzowie is een sterrenkundige. Voor sterrenkunde is optica van cruciaal belang. Zonder optica geen sterrenkunde. Ik heb me nooit in optica verdiept. Dat ga ik binnenkort wel doen.

quote:

Op woensdag 12 april 2023 00:50 schreef crystal_meth het volgende:

[..]
Nee, een parallelle straal, van welke dwarsdoorsnede dan ook, kan je enkel bereiken als het licht uit een puntbron komt.

Dat klopt niet.

Als je een paralelle straal op een holle lens richt, dan zal het licht divergeren.

Als je het proces omdraait en een divergerende straal op een holle lens richt, dan krijg je een paralelle straal.

Kan iemand mij helpen? @Haushofer of iemand anders?

Op pagina 2 reken ik een temperatuur uit van 800 Kelvin (527 °C) als ik 100 MW aan fotonen op een oppervlakte van 1 mm2 richt.

Dit kan nooit kloppen. Ik gebruik dan alleen de radiation pressure van de fotonen om de temperatuur te berekenen.

Wat doe ik hier fout? Welke formule moet ik gebruiken?

Als ik de Stefan Boltzmann wet gebruik krijg ik een temperatuur van 205000 Kelvin. Is er nog iets anders dat ik kan gebruiken?

Kan dit kloppen?