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factsheet
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updated 2011
Energy of the future from controlled nuclear fusion
Controlled nuclear fusion could be one solution for ensuring an adequate and environmentally compatible energy supply in future.
The international ITER Project is conducting
extensive
research
Plasmavolumen
[m3 ] in this area. The EU is
contributing around 6.6 billion euros to the
construction of ITER. Switzerland is also on
board.
The collaborating partner countries are the European Union, including Switzerland as an associat­
ed country, China, South Korea, Japan, Russia, the
USA and India. These seven partners alone account
for more than half the world’s population. The
Asian countries of China, Japan, South Korea and
India, known for their substantial energy requirements, are all partners in the project.
In all countries on all continents across the globe,
the search is on for solutions that will guarantee
800
an adequate energy supply for a country while
being environmentally compatible. Renewable
energy and energy sources from traditional sources
such as oil, coal or gas will make up our energy
mix over the next few decades. One possible
long-term, environmentally compatible solution,
based on the model of the sun, is controlled
nuclear fusion.
Switzerland is involved in ITER through its part­nership with Euratom and through the Plasma
Physics Research Centre (CRPP) at the EPFL and its
unit at the Paul Scherrer Institute (PSI) in Villigen.
The Director of CRPP, Professor Minh Quang Tran,
is also Vice-Chair of the Science and Technology
Advisory Committee of the ITER Council.
The global ITER partnership
Research in the field of nuclear fusion is being
conducted in the international collaborative
project ITER (Latin for “the way”). ITER represents
the final development link
in the chain from experimental nuclear fusion to
energy production. A trial
PSI/Villigen
EPFL/Lausanne
fusion reactor is currently
being constructed in
Cadarache
France, in Cadarache,
north of Aix-en-Provence.
Significant research progress has been made over the past decade and
ITER is expected to achieve its scientific and technological targets and thus open up new perspectives for nuclear fusion as an energy source.
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eth - domain :
An opportunity for Switzerland
The decision to build the ITER in Europe represents
a great opportunity for CRPP at the EPFL, the PSI
and the whole of Swiss industry and science. The
EU is contributing around 6.6 billion euros to the
construction of the reactor. The phase of scientific
exploitation will last for a further 20 years. The
excavation work and construction of buildings are
already under way. Extensive commercial contracts
have been concluded for the reactor construction.
The first experiments are expected to start towards
the end of 2019.
A demonstration reactor with a capacity of several
hundred megawatts could be ready to start
operation in thirty years.
How nuclear fusion works
In contrast with today’s nuclear power plants, in
which heavy atoms such as uranium are split in
order to produce energy, in controlled nuclear
factsheet
epfl
2
Strategische Herausforderungen
In allen Ländern auf allen Kontinenten dieser Welt wird nach Lösungen
gesucht, die einerseits eine ausreichende Energieversorgung des Landes
Cross-section
of sind.
theErneuerbare
future
garantieren, aber gleichzeitig
auch umweltverträglich
Energien und Energien aus herkömmlichen Quellen (Erdöl, Kohle, Gas) werden
die Energiepalette der kommenden Jahrzehnte ausmachen. Doch langfristig,
auf die nächsten fünfzig Jahre gesehen, kann nur die kontrollierte Kernfusion
– nach dem Vorbild derPlasmavolumen
Sonne –[mden
Energiebedarf auf eine umweltverträ3]
gliche Weise decken.
ITER reactor
Eine globale Partnerschaft
mit der EPFL als Schweizer Leader
800
Dieresearch
Forschung
in diesem
Bereich erfolgt international koordiniert zwischen der Europäischen Union (inklusive der
Special
areas
of the EPFL:
Plasma
Specific contributions made by
Schweiz
als assoziiertes
Staaten
Indien.
EPFLund
to ITER:
• Plasma
physics
(theoreticalLand),
and China, Südkorea, Japan, der Russischen Föderation, den Vereinigten the
Verhandlungen
laufen
zudem
mit
Kasachstan,
das
im
Projekt
als
vollwertiges
Mitglied
mitwirken
möchte.
Allein
diese
• Magnetic measurement
systems
experimental: TCV, Torpex)
sieben
Partnerländer
machen
mehr
als
die
Hälfte
der
Weltbevölkerung
aus.
Die
asiatischen
Länder
(China,
Japan,
• Design of the microwave
• Plasma heating with microwaves
Südkorea
und Indien), mit bekanntlich hohem Energiebedarf, sind allesamt Projektpartner. Auch
Australien und
antennae
• Plasma
control
Brasilien haben
ihr Interesse an ITER bekundet.
• R&D on the microwave sources
• Measurement
systems
Die Schweiz beteiligt sich an ITER durch seine Partnerschaft mit Euratom und durch das Forschungszentrum
• Quality testingfür
of the super• Superconductors
Plasmaphysik
sowie seiner
conductors
• Materials
science (Centre de Recherches en Physique des Plasmas, CRPP) an der ETH Lausanne (EPFL)
Zweigniederlassung auf dem Gelände des Paul Scherrer Instituts (PSI) in Villigen. Der Tokamak
TCV (Tokamak
à
• Materials
research
Configuration Variable) des CRPP ist die grösste experimentelle Anlage an der EPFL.
Ziel von ITER ist es, den letzten Entwicklungsschritt von der experimentellen Kernfusion hin zur Energieproduktion aus
Fusionsenergie zu vollziehen. Der Direktor des CRPP Prof. Minh Quang TRAN ist gleichzeitig auch Chef der europäischen Wissenschafts- und Technologiedelegation von ITER.
fusion – as in the sun – light nuclei such as the
earth’s crust are readily exploitable and sufficient
hydrogen isotopes deuterium and tritium are
for several hundred years. Lithium can also be
fused in reactions at very high temperatures to
obtained from sea water. These reserves will last
form heavier nuclei (see Fig. 1).
for thousands of years.
So funktioniert die Kernfusion
Nuclear fusion
2
1
H
H
N
4
2
He
Fusion reaction
Deuterium
3
1
1
0
Neutron
Energy
Tritium
Helium
Fig.1: Nuclear fusion
Considerable raw material resources available
A fusion reactor offers various advantages. Its
energy productivity is unrivalled: fusing just one
gram of deuterium and one and a half grams of
tritium releases around ten million times more
energy than one gram of oil. Moreover, the fuel
resources are almost inexhaustible. Deuterium
occurs in large quantities in water. Tritium, which
doesn’t occur in nature, can be obtained in the
reactor from lithium. The lithium reserves in the
No long-term storage required
Anders als in den heutigen Kernkraftwerken, wo schwere
With nuclear fusion, there are no fears of a reactor
Atome (wie beispielsweise Uranium) gespalten werden, um aus
accident:
den Kernreaktionen Energie zu gewinnen, werden bei der
· Although the products of nuclear fusion
kontrollierten Kernfusion – in Nachahmung der Prozesse auf
transport energy, they are not radioactive.
unserer Sonne – leichte Kerne (Wasserstoffsisotope wie Deute· Only a small quantity of fuel is ever present in
rium und Tritium) in Fusionsreaktionen bei niedriger Dichte
the reactor at any one time, since this is
aber sehr hohen Temperaturen zu schwereren verschmolzen.
supplied as a constant stream of gas.
Deuterium kommt in grosser Menge im Wasser vor. Tritium, das
· In the event of a loss of control or an external
in der
nichtthe
vorkommt,
lässt sichcan
im be
Reaktor
über einen
Natur
incident,
nuclear reaction
stopped
internen
Prozess
Lithiumoff
gewinnen.
Die Lithium-Reserven
simply
by aus
switching
the gas supply.
in der
Erdkruste
lassen
sich
leicht
ausbeuten
und reichen für
· None of the waste products require long-term
mehrere
Hundert
Jahre
aus.
Das
benötigte
Lithium
kann aus
storage.
Meerwasser während Tausenden von Jahren bezogen werden.
Die Produkte der Kernfusion transportieren Energie, die
anschliessend in Elektrizität umgewandelt wird, sie sind jedoch
nichtFurther
radioaktiv.
information
Prof. Minh Quang Tran, EPFL
Plasma Physics Research Centre
Phone: +41 (0) 21 693 54 74
[email protected]
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