Glowforge, Wendelstein

Perma-Tech #4

So, die Grümpelkiste mit den wundervollen Technologien und Gadgets hat die Sommer- und Herbstpause nun auch überstanden und öffnet wieder die Tür für interessanten Krimskrams aus der Technikwelt. Ob die vorgestellten Dinge auch nur annährend einen Nutzen oder jemals das Licht der Realität erblicken, sei mal dahin gestellt. Real auf jeden Fall ist das erste Produkt, das wir im Angebot haben: die Glowforge. Sie ist genauso interessant, wie sie sich anhört. Danach machen wir wiedereinmal einen Realitätscheck, um zu sehen, ob wir jetzt tatsächlich in der Zukunft angekommen sind. Was verbirgt sich wohl hinter dem Namen Wendelstein 7-X?

Glowforge

Was ist die glühende Schmiede? Glowforge ist ein kabelloser 3D Laser Drucker, welcher mit den meisten Designprogrammen funktioniert. Ein ausgewähltes Design kann Glowforge auf eine Vielzahl von Materialien eingravieren oder daraus ausschneiden. Nur um eine kleine Auswahl an möglichen Materialien zu nennen: Karton, Leder, Holz, Papier, Schokolade (Ja, du hast richtig gelesen), Gummi, Silikon, Plexiglas etc. etc. Einige Materialien wie Glas, Keramik, Stahl oder Stein können nur eingraviert werden, aber nicht ausgeschnitten.
Es gibt schon unzählige vorgefertigte Desings, fertig zum Ausdrucken/Ausschneiden – ehrlich gesagt bin ich mir hier jetzt nicht mehr sicher, welches der beiden Wörter nun angebracht ist, das Ding kann alles. Die Templates können in Grösse und Material und auch Form noch mehr angepasst werden.

glowforge 2 1170x731 - Glowforge, Wendelstein

Ein sehr interessantes Feature von Glowforge ist, dass man auf z.B. einem Blatt Papier oder einem Stück Plastik eine Zeichnung oder einen Schriftzug anfertigen und dann in der Glowforge einscannen kann. Das Gerät kann perfekt über die Linien eingravieren, schneiden und scannt das ganze auch noch ein, um dann per Knopfdruck eine Vielzahl an Kopien herzustellen.

Mit der Autofokus Funktion kann Glowforge auch gebogene Kurven erkennen und z.B. die Rückseite von einem MacBook eingravieren, indem die Kamera das Material und sogar das MacBook erkennt (ob dies auch bei anderen Geräten der Fall ist, wird nicht erwähnt). So ist es supereinfach seine Geräte oder sonstige Gegenstände extrem zu personalisieren.

Nun haben wir alle die Kreditkarte in der Hand und werfen sie wiederholt und kräftig gegen den Bildschirm, ohne zu wissen, wie viel eine Glowforge kostet. Egal, das Ding muss her? Erwähnen wir die Kosten trotzdem, denn die sind echt eine Überraschung.

Glowforge kommt in 3 Versionen: Basic, Basic mit Luftfilter und Pro mit Luftfilter. Die Basic-Version erhält man für 1’995$. Der Luftfilter erhöht die Kosten um 500$.  Der Vorteil eines Luftfilters ist, dass man die Glowforge überall hinstellen kann, wo es auch schlechte Luftzirkulation gibt, ansonsten muss man einen kleinen Schlauch aus dem Fenster hängen (empfohlen vom Hersteller). Der Luftfilter ist ein Addon, das unter die ganze Glowforgefläche gepackt wird. Die Pro Version kostet 3’995 $. Sie kommt mit verbesserter Optik, Laserröhren und Kühlung. Inbegriffen ist ein Luftfilter und es können längere Materialien benutzt werden.

Die Lebensdauer des Lasers wird mit mindestens 2 Jahre angegeben und eine neue Röhre wird weniger als 500 $ kosten. Gründer und CEO Dan Shapiro meint auf Facebook, dass es hoffentlich sehr viel weniger als 500 $ sein werden. Dan Shapiro hat schon eine sehr erfolgreiche Vergangenheit hinter sich: Seine letzte Firma konnte er an Google verkaufen, sein “Seitenprojekt” war Robot Turtles , das sich bestverkaufte Brettspiel von Kickstarter und er ist Autor von Hot Seat: The Startup CEO Guidebook. Per 9. Dezember behauptet die Seite Glowforgeprodukte im Wert von 27’907’995$ verkauft zu haben.

Braucht es noch mehr zu sagen? Die Glowforge ist eine super Attraktion in jedem Geschäft, zu Hause, auf Ausstellungen und in meinem Zimmer.

Ich. Brauche. Das. Jetzt.

 

Wendelstein 7-X

Nicht allzu viele Personen auf dieser Seite befassen sich genauer mit Fusionsreaktoren, doch was sich gerade jetzt auf diesem Feld abspielt, ist eine Köstlichkeit für die Augen. Auch wenn man überhaupt nichts von Kernfusion versteht, kann man doch grossen Gefallen am Wendelstein 7-X Stellerator finden, einfach nur, weil er so verdammt genial aussieht. Als wäre es Alientechnologie. Aber schaut selbst.

wendelstein stellerator fusion reactor - Glowforge, Wendelstein

Was einem sofort auffällt, ist die interessante, geschwungene, ja sogar ungleichmässige Form des Fusionsreaktors. Bisherige Stelleratoren wie die Tokamaks sind in einem Kreis gebaut. Stelleratoren sind ringartige Reaktoren mit unglaublich grossen Magnetfeldern, welche heisses Plasma im Innern aufbauen können. Der Tokamak wurde in den 50er Jahren von den Russen Igor Tamm und Andrei Sakharov erfunden. Um euch nicht den Kopf mit kompliziertem Zeug zu füllen, erkläre ich euch ganz einfach, um was es geht:

Bei der nuklearen Fusion werden 2 Isotope von Wasserstoff (ein Isotop ist ein leicht schwereres Atom der gleichen Sorte) mit so viel Energie versorgt, dass sie Verschmelzen (=Kernfusion) und Helium bilden. Dabei werden Unmengen an Energie frei und die Stabilisierung des Systems ist sehr wichtig, denn um solche Bedingungen zu ermöglichen, werden Zustände mit 100 Millionen Grad Celsius und extrem hohem Druck erzeugt. Zusätzlich werden dabei noch die Atome im Kreis beschleunigt. Dadurch kann die kleinste Instabilität das ganze System zusammenfallen lassen, was aber im Gegensatz zu Unfällen bei Atomkraftwerken keine Konsequenzen für die Umgebung hat.

wendelstein stellerator fusion reactor assembly 1 - Glowforge, Wendelstein

wendelstein stellerator fusion reactor assembly 2 - Glowforge, Wendelstein

Der deutsche Wendelstein 7-X Stellerator war mehr als 15 Jahre in Planung und Bau und sollte nach den Berechnungen der Ingenieure fähig sein, kontinuierlich superheisses Plasma in seinem Magnetfeld für mehr als 30 Minuten zu halten. Im Unterschied zum Tokamak, wo direkt die Spannung auf die Atome im Innern angewendet wird, erzeugt der Wendelstein 7-X die Magnetfelder ausserhalb des Plasmas. Dadurch sollte der Reaktor immun gegen die Plasmazusammenbrüche sein. Die spezielle Form forciert das Plasma immer wieder zurück in die Mitte des Reaktors zurück. Im Tokamak driftet es immer nach aussen. Die 50 Elektromagnetringe wiegen alleine schon 425 Tonnen (Ein PKW wiegt im Schnitt so 1-1.5 Tonnen).

Das Beste?

Er wird heute angeschaltet.

UPDATE 10.12 15h57: Das IPP hat soeben die erfolgreiche Herstellung des ersten Plasmas auf Twitter verkündet.

glowforge wendelstein plasma - Glowforge, Wendelstein

Bildquellen
Glowforge
Sciencemag.org
IPP, Wolfgang Filser

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11 Kommentare

  1. Einen Einblick in das Innere eines Tokamak kann man [URL=’http://www2.ipp.mpg.de/ippcms/de/externe_daten/panorama/’]hier[/URL] bekommen. Dort wird auch die Frage beantwortet, wie man 100 Millionen Grad Celsius im Innern des Reaktors erreichen kann.

  2. *[URL=’https://twitter.com/PlasmaphysikIPP/status/674937504009711616′]Update[/URL] vom IPP bezüglich erfolgreicher Plasmaherstellung.

  3. Dadurch kann die kleinste Instabilität das ganze System zerstören.

    Das würde ich anders formulieren. Für mich tönt das danach, dass eine Instabilität gefährlich werden könnte, was aber nicht stimmt (im Vergleich zur Kernschmelze bei heutigen AKWs). vielleicht so?
    “Dadurch ist der Fusionsprozess instabil. Sollte dieser gestört werden, besteht aber keine Gefahr eines überkritischen Prozesses wie bei heutigen AKWs.”

  4. Glaube nicht, dass diese Version von Glowforge in den nächsten zwei Jahren in der Schweiz gross genutzt wird. Aber die Funktionen sind geilo in so einem kleinen Gerät. Das Video ist typisch amerikanischer 0815 Gadget Werbevideo Stil :razz:ompös:

    Dadurch sollte der Reaktor immun gegen die Plasmazusammenbrüche sein.

    Und was bringt das für Vorteile? 🙂

  5. Die Kernfusion findet im Plasma statt. In Tokamak’s ist die maximal erzielte Zeit, wo man ein Plasma aufrechterhalten konnte, 6 Minuten und 30 Sekunden ([URL=’https://www.iter.org/sci/BeyondITER’]iter.org[/URL]). Laut Berechnungen sollen im Wendelstein 30 Minuten möglich sein. Daraus resultiert theoretisch eine längere Zeit, in der man die Kernfusion betreiben kann. Durch die erhöhte Stabilität kann das Plasma dann auch regelmässig über diese Zeit gehalten werden (meine Vermutung), während in den unstabileren Systemen das Plasma oft vorher abkühlte. Der Grund dafür ist, dass das Plasma an die Wand des Reaktors kommt und sich dort abkühlt. In der speziellen Form des Wendelsteins wird das Plasma immer wieder in Richtung Mitte des Reaktors zurückgelenkt und dies soll die Abkühlung verhindern.

    Ich muss an dieser Stelle sagen, dass ich das alles weggelassen habe, da ich es nicht so detailiert und eher einfach schreiben wollte. Das passt a) besser in die Rubrik und b) sind wir hier keine Wissenschaftler. Aber ich diskutiere gerne in den Kommentaren weiter. 😉

  6. Das ist die Idee dahinter. Das Plasma heute wurde mit 1 Milligramm Heliumgas gemacht und für 0.1 Sekunden gehalten. Nicht, weil es zusammenfiel, sondern weil sie es nur so kurze Zeit auf 1 Million Grad Celsius zu Testzwecken erhitzt haben. Aus physikalischen Gründen ist es mit Helium sehr viel einfacher und “energiesparender” ein Plasma zu erzeugen. Ausserdem kann man die Innenwand mit dem Plasma reinigen. ([URL=’http://www.ipp.mpg.de/3984226/12_15′]IPP MAx Planck Institut[/URL])

    EDIT: Von der Stromproduktion ist man aber noch lange entfernt.^^

  7. das heisst ein kernfusionreaktor kann so um ein vielfaches mehr strom produzieren als bisher?

    Ist nicht so schwierig wenn sie bis jetzt die Energie von einer AA-Batterie in der besten Fusions-Kettenreaktion rausgebracht haben.. Das heisst ganz viel Strom rein, ganz viel Strom + 1 Batterie raus 🙂
    Zudem macht man es heute immer mit den energieaufwändigen Isotopen und nicht mit dem H, dass im Meer schwimmt.

    (Unfachmännische Bezeichnungen seien verziehen, wir sind ja nicht in der Schule 😉 )

  8. Es mag ja offensichtlich sein, aber ich musste dann doch in die Kommentare um bestätigt zu erhalten, dass die Idee hinter dem Wendelstein die Stromproduktion ist. Rein vom Artikel blieb nach dem Abschnitt bei mir nur ein: “Äh, okay, klingt ja toll … und wozu das Ganze? Strom, da ‘Reaktor’?” 😉

    Das Glowforge macht mächtig Eindruck. Ob ich da mein MacBook drunter legen würde, bezweifle ich jedoch so spontan.

  9. Also mal eine kurze (halbwissenschaftliche) Ergänzung:

    Am Beispiel des Kernspaltungsreaktors (normale AKWs) lässt sich das erklären.
    Kernspaltung funktioniert [URL=’https://de.wikipedia.org/wiki/Kernspaltung’]ganz einfach[/URL] gesagt so: ein Atom wird von einem Neutron getroffen und zerfällt in zwei neue Atome. Ausserdem werden einige Neutronen frei, sowie Energie aus dem Massendefekt*. Weil neue Neutronen frei werden, ist eine Kettenreaktion möglich, so dass weitere Atome in der Nähe sich spalten können. Dieser Prozess (Kettenreaktion) kann sich selbst stabil halten und sich auch verstärken, ohne dass von aussen Energie hinzugefügt werden müsste.

    *Kurz zum Massendefekt: Aus dem (schweren) Anfangsatom, z.B. Uran, werden bei der Spaltung zwei neue Atome + einige Neutronen. Die neuen Atome und die Neutronen zusammen sind aber leichter als das Anfangsatom. Die Masse, die “verschwunden” ist, wurde in pure Energie umgewandelt nach der Formel E = m*c^2, wobei m die “verschwundene” Masse ist und c^2 die Lichtgeschwindigkeit im Quadrat (c = ~300’000 km/s). Diese Energie wird primär als Bewegungsenergie frei, also die neuen Teilchen (Neutronen + Atome) bewegen sich sehr schnell. Durch Kontakt mit anderen Atomen bremsen sie sich ab und es wird etwas ähnliches wie “Reibungswärme” frei. Als Vergleich: wenn man 1 Gramm in Energie umwandelt, hat man eine Hiroshima-Atombombe.

    Nun zur Kernfusion:
    Bei der Kernfusion verschmelzen sich zwei leichte Atome (am besten Wasserstoff-Atome, weil am leichtesten) zu einem neuen Atom (Helium). Das Helium ist aber leichter als die benutzen Wasserstoffatome, es wird also wieder Energie freigesetzt wegen dem Massendefekt.
    Um eine Fusion aber zu ermöglichen, ist sehr viel Energie notwendig. Diese wird in einem Fusionsreaktor (wie z.B. der Sonne) durch eine Kombination aus hohem Druck und hoher Temperatur ermöglicht. Bei einer Kernfusion ist eine Kettenreaktion aber nicht möglich. Es muss nach wie vor das “Milieu” von hoher Energie (Temperatur) aufrecht erhalten werden, um eine Kernfusion zu ermöglichen. Deshalb sind unsere Kernfusionsreaktoren auch nicht wirtschaftlich, da der Aufwand (technisch, Energie) extrem hoch ist, wohingegen die Kernspaltung extrem viel einfacher ist, da die Kettenreaktion ein natürlicher Prozess ist –> da muss man quasi[URL=’https://de.wikipedia.org/wiki/Naturreaktor_Oklo’] gar nichts[/URL] machen, um das hinzubekommen.