Der Kern des Kernfusionsreaktors produziert mehr Energie, als er in der weltweit ersten Demonstration verbraucht
Forscher des US-Regierungslabors sagen, dass sie im feurigen Herzen eines Kernfusionsreaktors einen „großen wissenschaftlichen Durchbruch“ erzielt haben. Zum allerersten Mal wurde festgestellt, dass der Kern eines Reaktors mehr Energie abgibt, als hineingesteckt wurde – ein kleiner, aber folgenreicher Schritt im Wettlauf um die Entfesselung einer nahezu unbegrenzten, kohlenstofffreien alternativen Energiequelle zu fossilen Brennstoffen oder konventioneller Kernkraft Pflanzen.
Durch das Abfeuern des weltweit energiereichsten Laserstrahls verwandeln sich die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium in ein Brennen Plasmanutzten Physiker der von der US-Regierung finanzierten National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien die etwa 2 Megajoule Energie der Laser, um etwa 3 Megajoule im Plasma zu erzeugen, was einer 1,5-fachen Steigerung entspricht.
Wissenschaftler haben versucht, praktische Methoden zur Nutzung nuklearer Energie zu entwickeln Verschmelzung – der Prozess, der Sterne wie unsere Sonne zum Brennen bringt – seit den 1940er Jahren. Durch die Fusion von Wasserstoff Atome zu machen Helium Unter extrem hohen Drücken und Temperaturen wandeln Hauptreihensterne Materie in Licht und Wärme um und erzeugen enorme Mengen an Energie, ohne zu produzieren Treibhausgase oder langlebige radioaktive Abfälle.
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Aber die Bedingungen, die in den Herzen von Sternen gefunden werden, nachzubilden, ist keine einfache Aufgabe. Neben der Wiederherstellung der höllischen Temperaturen und Drücke werden enorme Energiemengen benötigt, um Kraftstoff in ein Plasma umzuwandeln, es zu zünden und es mit starken Magnetfeldern oder Laserstrahlen sicher einzuschließen. Es hat Jahrzehnte und viele Milliarden Dollar gedauert, um hierher zu gelangen, aber die Zündung wurde endlich erreicht.
„Während der Experimente konvergieren 192 Hochenergielaser auf ein etwa pfefferkorngroßes Ziel und erhitzen die Kapsel aus Deuterium und Tritium auf über 3 Millionen Grad Celsius [5.4 million degrees Fahrenheit] und kurz die Zustände eines Sterns simulieren.“ Jill Hruby, Staatssekretärin für Nukleare Sicherheit im US-Energieministerium und Verwalterin der National Nuclear Security Administration (NNSA), sagte am 13. Dezember auf einer Pressekonferenz. „Wir haben genommen die ersten zaghaften Schritte hin zu einer sauberen Energiequelle, die die Welt revolutionieren könnte.“
Das Experiment, das in weniger als zehn Milliardstel Sekunden stattfand, strömte Photonen (leichte Teilchen) in zwei Enden eines Zylinders im Inneren des Reaktorkerns, um auf die Innenwände einer Kapsel zu treffen und Röntgenstrahlen zu erzeugen, die ein Brennstoffpellet erhitzten in ein brennendes Plasma. Sobald es heiß war, brannte das Plasma für einen winzigen Augenblick, bevor es erlosch.
„Dies ist ein bedeutsames Ergebnis bei dieser Suche, wohl einer der wichtigsten Fortschritte, die jemals unternommen wurden. Zum ersten Mal haben wir Beweise dafür, dass eine Fusionsreaktion eine beträchtliche Menge an überschüssiger Energie erzeugt.“ Gianluca Sarri, ein Physikprofessor an der Queen’s University Belfast, der nicht an dem Experiment beteiligt war, sagte Live Science. „Bisher gab es Fragen und Zweifel sogar an der Machbarkeit eines solchen Proof-of-Principle-Experiments. Diese wurden nun zerstreut, was so viel Optimismus und Energie injiziert, um dies voranzutreiben und die noch verbleibenden technischen Probleme zu lösen.“
Die Ankündigung, zunächst in a gehänselt Artikel der Financial Times (öffnet in neuem Tab) am Sonntag (11. Dezember) löste eine Flut atemloser Berichterstattung aus, die aufgeregt die Morgendämmerung unbegrenzter, sauberer Energie ankündigte. Wissenschaftler warnen jedoch davor, dass dies nur der erste kleine Schritt zum Erreichen kommerzieller Fusionsenergie ist – während ein Nettoenergiegewinn zwischen den Lasern und dem Plasma im Herzen des Reaktors beobachtet wurde, wurde weitaus mehr Energie verbraucht als über den gesamten Reaktor abgegeben , und die Fusion steht vor vielen Herausforderungen, bevor sie unsere Häuser mit Strom versorgen kann.
„Es ist leider immer noch nicht um die Ecke“, sagte Sarri. „Aber dieses Ergebnis wird zweifellos die Entwicklungen beschleunigen, sowohl von öffentlichen Institutionen als auch von privaten Unternehmen. Nehmen Sie es mit einer Prise Salz, aber ich wage zu sagen, dass wir jetzt höchstens von ein paar Jahrzehnten sprechen, bevor wir einen funktionierenden Kernreaktor haben basierend auf Fusion.“