Eine seltsame Hypothese über Bubbles führen schließlich zur Kernfusion

Kernfusion ist der Traum eines Energie-Wissenschaftler der ganzen Welt, denn es grenzenlose, sauberen Strom verspricht. Die meisten Bemühungen, Kickstart des Prozesses verwenden hochintensive Laser, verrückt Magnetfelder und super-heißen Wasserstoff Plasmen. Es kann jedoch eine bescheidenere Alternative. Es heißt Sonofusion, und es handelt sich um Luftblasen.

Kernfusion ist der Prozess, durch den die Kerne der Atome, Kerne, genannt kollidieren, um eine neue, größere Atomkern zu bilden. Wenn die zwei Kerne eine geringere Masse als Eisen sind, schafft die Reaktion Energie – viel, viel Energie. Zum Beispiel, wenn zwei Wasserstoffkerne in einander zu zerschlagen, erstellen sie eine Heliumatom – aber einige Masse in Form eines Photons, auf dem Weg zu verlieren. Dass eine riesige Schöpfung von Energie, als kleine Änderung in der Masse entspricht vorhergesagt durch Lieblings Einsteins Gleichung E = Mc². Es ist diese Reaktion, die das Herzstück unserer Stars.

Langsam gehen

Es ist nicht verwunderlich, dass Wissenschaftler haben versucht, die Kraft der Fusion zu nutzen, zumal wir in der hoffnungslosen Notwendigkeit der sauberen Energie. In der Theorie verwendet es sehr wenig Sprit, um Massen von Energie mit Null Emissionen zu schaffen. Wenn er initiiert und gesteuert werden kann, könnte es die Energiekrise über Nacht lösen. Die sind zwar ziemlich große Ifs, obwohl.

Es gibt zwei beliebte Schulen des Gedankens für die Initiierung des Prozesses. Die erste ist inertial Confinement Fusion, z. B. von Forschern an der National Ignition Facility in Livermore, Kalifornien. Dort verwenden sie 192 Balken aus der weltweit leistungsstärksten Laser erhitzen und einen kleinen Pellets von Wasserstoff als Kraftstoff zu komprimieren, bis die Kernfusion Reaktionen stattfinden. Sie machen gute Fortschritte, aber sie sind noch auf den Punkt erreichen, wo die Kernfusion Reaktion so viel Energie wie die Laser-Versorgung erzeugt.

Die zweite ist magnetischen Einschluss Fusion, in Zentren wie die Joint European Torus, wo ein Wasserstoff-Gemisch mit Hitze gepumpt wird, bis es erreicht Temperaturen nähert sich diejenigen in den Mittelpunkt der Sonne verwendet. Die Mischung wird ein Plasma, und beschränkt sich auf einen Raum – in der Regel in einem Ring durch die Mitte eines Torus – mit unglaublich hohen Magnetfeldern schützen die Wände zu berühren. Bei hoch genug Temperaturen und Entbindung Drücke, Fusion (kurz) auftreten können – obwohl es noch mehr Energie verbraucht als es schafft.

Der Grund, der dass die Reaktion auf der Erde geschehen so schwer ist, dass wir nicht den Vorteil der Gravitationskräfte, die im Inneren von Sternen auftreten. Dort handeln große Mengen an Materie entsprechend massiven Gravitationskräfte handeln nach innen, Komprimierung Kerne zusammen und helfen Laufwerk die Reaktion. Ohne diese Kräfte auf der Oberfläche der Erde, wir müssen alternative Mittel zur Schaffung von ihnen finden — und in Position halten, so dass die Reaktion zu starten. Aber wie der Wasserstoff als Kraftstoff implodiert, Wechselwirkungen zwischen Wasserstoff und Helium-Atome schafft riesige Instabilitäten und Schockwellen selbst, so dass es äußerst schwierig, die Entbindung zu pflegen. Im Gegenzug, die die Reaktion weniger effizient macht, peters so schließlich es heraus.

Bubbles, Bubbles brechen zu machen

Vielleicht gibt es eine Alternative. Wenn Flüssigkeit schnelle Änderungen im Druck erfährt, können Hohlräume bilden – scheinbar aus dem nichts, sondern in der Regel um eine Art von Verunreinigung oder Unvollkommenheit in der Flüssigkeit. Die wechselnde Druck bewirkt, dass dieser Hohlraum zu erweitern und Vertrag: Dies ist eine Blase, und seine Methode der Schöpfung wird als Kavitation bezeichnet. In besonders heftigen Druck Felder kann die Blase Vertrag so schnell und mit so viel Kraft, dass es völlig zusammenbricht produzieren eine Schockwelle. Dieses Phänomen, was verursacht die dramatische Lochfraß auf Boot Propellern und Wasserpumpen, wo hohe schwankenden Drücke verursachen Bläschen bilden und zusammenbrechen.

Aber in der kontrollierten Umgebung eines Labors, die Luftblasen können mehr Schaden anrichten. Weg zurück in 1934 an der Universität zu Köln, H. Frenzel und H. Schultes die Lichter in ihrem Labor, legte eine Ultraschall-Wandler in einen Tank fotografische Entwickler Flüssigkeit ausgeschaltet und drehte sie auf. Sie hatten gehofft, die Entwicklung von fotografischen Filmen beschleunigen – aber stattdessen bemerkte sie Lichtpunkte, die für einen Bruchteil einer Sekunde zu einem Zeitpunkt erschienen. Dies war der erste Beweis für einen Prozess namens Sonoluminescene, wo großen Mengen an Energie, erzeugt durch eine einstürzende Blase verursachen Licht emittiert werden. Und wo Licht ist, ist Energie.

Es ist vielleicht nicht verwunderlich, dann, dass, Wissenschaftler haben da postuliert, dass diese gleiche bubbles – wenn Sie groß genug zu machen, und reduzieren hart genug — könnte genug Energie, um Kick-Start der Fusionsprozess erstellen. Im Jahr 1978, Hugh Flynn patentierte eine Methode zur Erzeugung von Energie durch akustisch induzierten Kavitation Fusion – und es ist leicht zu verstehen, warum er so mit der Idee verliebt war. Im Gegensatz zu anderen Formen der Fusion, wo enge und Symmetrie des Prozesses die wichtigsten Aspekte der Experimente sind, kümmert Blase getrieben so viel sich nicht. In der Tat die Theorie hinter der Prozess ist fast das Gegenteil der anderen Technik: diese Bläschen entstehen aus Instabilitäten. Wenn die Generation groß genug Zusammenbruch herbeigeführt werden könnte, könnte es die anfängliche Energie zum Antrieb Fusion ohne viel von den anderen Techniken bieten. Es ist ein köstlich verlockende Idee.

Fehlstart

Vielleicht stellt sich heraus, zu verlockend für einige. Im Jahr 2002 behauptet, Rusi Taleyarkhan und seine Forscher-Kollegen, dann am Oak Ridge National Labs, um Beweise für Sonofusion im Labor beobachtet haben. Die Erkenntnis kam als Überraschung für die Forschung, und schien vielen skeptisch, dass die Ergebnisse genau waren — vielleicht nicht zuletzt deshalb, weil sie mit einfachen, Bankoberseite Laborgeräte durchgeführt worden waren. Dennoch, die Forschung veröffentlicht wurde, folgten weitere Papiere und Taleyarkhan nach Purdue University.

Leider konnten andere Wissenschaftler mit ähnlichen Geräten Taleyarkhans Arbeit zu replizieren. Papers veröffentlicht durch Forscher von der Universität Göttingen, UCLA, University of Illinois und ehemaligen Kollegen am Oak Ridge National Labs alle erklärte, dass sie Fusion mit seinem Versuchsaufbau beobachten konnte nicht. Dann wurden im Jahr 2006 Taleyarkhans Ergebnisse Berichten zufolge von Edward Forringer LeTourneau Universität... in Taleyarkhan eigenen Labors an der Purdue wiederholt.

Im Jahr 2007 umgeben so viel Kontroverse Taleyarkhan Experimente, dass die Purdue University eine Untersuchung über seine Arbeit ins Leben gerufen. Ein Panel berichtete, dass die unabhängige Überprüfung "höchst zweifelhaft." Taleyarkhan nannte den Bericht eine "einseitige, stark übertrieben Zuschreibung." Letztlich wurde er Forschung Verfehlung für "Fälschung von Research Record" im Juli 2008 beurteilt. Beraubt sein voller Titel Professur, das Office of Naval Research – eines seiner Geldgeber — ihn daran gehindert, Bundesmittel für 28 Monate. Taleyarkhan lehnte es ab, über seine Arbeit für diesen Artikel kommentieren.

Update: Seit der Veröffentlichung dieses Artikels Taleyarkhan hat zu uns gesprochen, und weist darauf hin, dass Oak Ridge National Labs Wissenschaftler in der Tat einige seiner experimentellen Ergebnisse bestätigen und andere haben auch seit. Er erklärt auch, dass es seinem benannte Professor Stuhl war, die ausgesetzt wurde – eine volle Professorin blieb er während der Zeit.

Die Sonofuture

Eine graue Wolke schwebt noch über Sonofusion. Wissenschaftler auf dem Gebiet – und es gibt sicherlich einige — sind nicht daran interessiert, über ihre Arbeit sprechen. Sicherlich, nicht alle meine e-Mails für diesen Bericht beantwortet. Aber das ist um sicherlich nicht zu sagen, dass Forschung in die Blase Fusion tot ist. Ganz im Gegenteil.

Im Jahr 2012 schrieb Markus Stokmaier vom Deutschen Institut für Kern- und Energiestudien, dass "es noch sinnvoll zu versuchen, die Frage nach Sonofusion experimentell zu Mutter Natur stellen machen kann." In der Tat, gab er Taleyarkhan einige Vorteil des Zweifels, skizziert mögliche Gründe, die die Experimente möglicherweise schwer zu replizieren, wurden Lobeshymnen Aspekte der Versuchsanordnung und Verbesserungsvorschläge zu den Geräten verwendet, um es in Zukunft besser funktioniert.

Aber vor kurzem haben Dinge auf umgezogen und hat der Namen Sonofusion abketten wurde. Erste Licht Fusion, zum Beispiel – ein Spin-Out von der University of Oxford – behauptet, "studieren die Verwendung von intensiven Schockwellen, gasgefüllte Hohlräume zu zerquetschen, asymmetrische Induktion bricht zusammen, dass Konzentrat Energie in Raum und Zeit." Das ist natürlich nicht mehr der Stoff der Benchtop-Experimente; Vielmehr erzeugt erste Light Fusion enormen Schock Fronten, vermutlich in einer Art Schock Röhre, die eine Blase zu schlagen und dazu führen, dass katastrophal kollabieren. In der Tat, behauptet es, "die Bildung eines Inertial geschlossenen Plasmas in eine völlig neue und weltweit einzigartige Geometrie gezeigt haben." Feinere Details bleiben natürlich stillen.

Nicht zuletzt, weil sie nicht allein sind. Quantum Fusion Verwendung in State College, Pennsylvania Hochdruck, die Felder in Flüssigkeiten induzieren schweren Blase zu dem gleichen Zweck zusammenbrechen. In Reno, Nevada, platzen Energien hat "erreicht Kavitation unter extrem hohem statischen Druck... in der Lage, noch nie dagewesenen Veränderungen der Materialien, Moleküle und Atome für die Herstellung von Fusionsenergie bewirken." In Buxton, Maine kündigte NanoSpire "erfolgreichen" Proof-of-Concept-Experimente, die zeigen, dass Blase Kavitation Fusionsreaktionen fahren konnten. Es gibt, nach einem akademischen ich habe gesprochen mit, arbeitet an der Peripherie des Sektors und würde lieber nicht namentlich genannt, militärischen Labors an der Technik arbeiten.

Im Gegensatz zum Autors Arbeit sind alle diese Studien von privaten Unternehmen und nicht an akademischen Einrichtungen durchgeführt. Somit gibt es keine veröffentlichten Arbeit und natürlich keine wirklichen Beweise über welchem der Forschung Stadium steht. Es könnte noch Jahre off; Es könnte sein, gleich um die Ecke – es ist unmöglich zu sagen. Das heißt, die gleichen akademischen meinten zu mir, dass dieser Druck angetrieben Fusion Techniken praktisch als erfolgreich innerhalb von fünf bis zehn Jahren nachgewiesen werden konnte.

Das ist nicht, natürlich, zu sagen, dass Erstellen von Energie vor dem Platzen der Bläschen ist die Zukunft der Stromerzeugung. In Wirklichkeit, wer gewinnt das Rennen um eine nachhaltige Fusionsreaktion zu erstellen – sei es mit Laser, Plasma gefüllten Donuts oder akustische Schockwellen – wird wahrscheinlich dominieren das Feld, zumindest am Anfang. Aber die Geschicke der Blase könnte schneller als manche Leute denken steigt.

Obere Bild von r.classen/Shutterstock. Weitere Bilder vom Lawrence Livermore National Laboratory und Dake.