Physiker erzielen zum zweiten Mal einen Nettoenergiegewinn bei einer Fusionsreaktion

Fusionskraft galt lange Zeit als Wunschtraum, doch in den letzten Jahren scheint die Technologie der Realität immer näher zu kommen. Der zweite Nachweis einer Fusionsreaktion, die mehr Energie erzeugt als sie verbraucht, ist ein weiterer wichtiger Hinweis darauf, dass die Zeit der Fusion kommen könnte.

Die Energieerzeugung durch das Zusammenschlagen von Atomen ist vielversprechend, da der Brennstoff reichlich vorhanden ist. Es wird nur in winzigen Mengen benötigt, und die Reaktionen erzeugen wenig langlebigen radioaktiven Abfall und keine Kohlenstoffemissionen. Das Problem besteht darin, dass die Fusion typischerweise eingeleitet wird verwendet viel mehr Energie, als die Reaktion erzeugt, sodass eine kommerzielle Fusionsanlage derzeit ein ferner Traum ist.

Im vergangenen Dezember gelang Wissenschaftlern des Lawrence Livermore National Laboratory jedoch ein großer Durchbruch, als sie „Fusionszündung“ erreicht Für die erste Zeit. Die bezieht sich auf eine Fusionsreaktion, die mehr Energie produziert als eingesetzt wurde und sich selbst trägt.

Jetzt hat das Team der National Ignition Facility das Kunststück wiederholt: laut einem Bericht in der Financial Times. Und dieses Mal erzielten sie einen noch höheren Energieertrag als bei der vorherigen Demonstration, was darauf hindeutet, dass der Fortschritt an Fahrt gewinnt.

"Seit wir im Dezember 2022 zum ersten Mal die Fusionszündung an der National Ignition Facility demonstrierten, führen wir weiterhin Experimente durch, um dieses aufregende neue wissenschaftliche Regime zu untersuchen. In einem am 30. Juli durchgeführten Experiment haben wir die Zündung am NIF wiederholt“, sagte ein Sprecher des Labors FT. „Wie es bei uns üblich ist, planen wir, diese Ergebnisse auf kommenden wissenschaftlichen Konferenzen und in von Experten begutachteten Publikationen zu veröffentlichen.“

Die National Ignition Facility nutzt einen Fusionsansatz namens Inertial Confinement, bei dem eine Reihe von 192 unglaublich leistungsstarken Lasern in einen Goldbehälter mit einem winzigen Brennstoffkügelchen in der Mitte abgefeuert wird. Das Brennstoffpellet besteht aus zwei verschiedenen Wasserstoffisotopen, Deuterium und Tritium.

Wenn die Laser das Innere des Goldbehälters treffen, erzeugen sie Röntgenstrahlen, die das Brennstoffpellet auf extrem hohe Werte erhitzen und verdichten, wodurch ein Plasma entsteht. Dadurch werden die Bedingungen dafür geschaffen, dass die Wasserstoffatome des Kraftstoffs zu Heliumatomen verschmelzen und dabei einen Energiestoß freisetzen. Der gesamte Vorgang dauert nur eine Milliardstel Sekunde und das Brennstoffpellet ist knapp dank One Sie sind zwar nur einen Millimeter groß, aber das reicht immer noch aus, um eine beträchtliche Energiemenge zu erzeugen.

Beim letztjährigen Test konnte die Anlage 3.15 Megajoule Energie erzeugen, was etwa 50 Prozent mehr war als die Energie der Laserstrahlen. Diesmal aRunde, die Gruppe generiertd mehr als 3.5 Megajoule, was eine deutliche Verbesserung in nur wenigen Monaten bedeutet.

Der Schlüssel zur Verbesserung liegt im Down zu Das wachsende Verständnis der Forscher darüber, wie die zugrunde liegende Fusionsreaktion kontrolliert werden kann, Jeremy Chittenden vom Imperial College London sagte New Scientist. Durch die längere Aufrechterhaltung des Plasmas konnte das Team mehr Energie aus dem Prozess herausholen.

Es gibt viele Vorbehalte. Erstens erzeugten die Reaktionen zwar mehr Energie als in den Laserstrahlen enthalten war, tatsächlich verbrauchte die Energieversorgung der Laser und des Rests der Anlage jedoch beträchtliche Mengeny mehr Energie. Damit ein Fusionsreaktor rentabel ist, müsste er deutlich mehr Strom erzeugen, als die gesamte zum Betrieb der Anlage erforderliche Energie benötigt.

Darüber hinaus ist der im Labor verfolgte Ansatz zur Fusion nicht besonders gut geeignet zu Schaffung eines funktionierenden Kraftwerks. Es braucht ein ganzer Tag Es ist schwierig, ein einzelnes Zündexperiment wie dieses durchzuführen, da die Laser Zeit zum Abkühlen benötigen und die Forscher das Brennstoffpellet manuell austauschen müssen. Um eine beträchtliche Energiemenge zu erzeugen, müssten Sie die Reaktion mehrmals pro Sekunde ausführen.

brauchen andere Bemühungen Um einen Fusionsreaktor zu bauen, stützen sich Wissenschaftler auf einen Ansatz namens magnetischer Einschluss, bei dem ultrastarke Magnete verwendet werden, um ein Hochtemperaturplasma über längere Zeiträume einzuschließen Zeit. Während noch keines davon eine Fusionszündung erreicht hat, eignet sich dieser Ansatz wahrscheinlich eher für den Bau eines kommerziellen Kraftwerks.

Aber auch wenn es unwahrscheinlich ist, dass es die Pläne für künftige Fusionskraftwerke vorlegen wird, dürften die Demonstration der Fusionszündung durch das NIF und seine raschen Fortschritte bei der Energieausbeute für erheblichen Auftrieb in diesem Bereich sorgen.

Bildnachweis: Lawrence Livermore National Laboratory/Reuters

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• Quelle: https://singularityhub.com/2023/08/11/physicists-achieve-net-energy-gain-in-a-fusion-reaction-for-the-second-time/