Fusion Experimente Zoll näher zum Ziel der Break-even-


Fusionsenergie hat ein schwer erreichbares Ziel erwiesen – ein running gag ist, dass die Menschheit ist 20 Jahre weg von einem praktischen Kraftwerk und ist seit 60 Jahren.

Das geändert werden könnte, sagte John Edwards, Associate Director für inertial Confinement Fusion und high-Energie-Dichte Wissenschaft von der National Ignition Facility.

In einem jüngsten Stück veröffentlicht in der Zeitschrift Physik von Plasmen Edwards sagte NIF Wissenschaftler Reaktionen nähern, die mehr Energie erzeugen als sie benötigen, um in Gang zu bringen, und fügte hinzu, dass die Hindernisse für die Verwirklichung der Kernfusion Ingenieurprobleme anstatt grundlegende Physik beinhalten.

Fusionsenergie nutzt die gleiche Stromquelle, die macht die Sonne scheinen. Es handelt sich um Atomkerne zusammenschieben – die Protonen und Neutronen der Atome — zu schwerere Elementen bilden und Energie freisetzen. In Sternen wie der Sonne tritt Fusion aufgrund des immensen Gewichts der Wasserstoffgas, das die Protonen in die Sonne Mitte zu Helium zusammen zermalmt. Fusion unterscheidet sich von Kernspaltung Reaktionen, in aktuellen Kernkraftwerken verwendet, wo bricht ein Atom spontan – den Prozess des radioaktiven Zerfalls – und setzt Energie frei. [Science Fakt oder Fiktion? Die Plausibilität der 10 Sci-Fi-Konzepte]

Im Gegensatz zu den radioaktiven Nebenprodukte der Kernspaltung Versprechen Fusionskraftwerke viel Energie ohne radioaktiven Abfall; das Produkt ist in vielen Fusionsreaktionen Helium.

Energie?

Um Fusionsreaktionen zu erstellen, die NIF Wissenschaftler Feuer Laser in einen Hohlraum oder ein Hohlzylinder aus Gold. Die Laserpulse, dauerhafte Milliardstel einer Sekunde schlagen eine kleine Kugel, die voll von Deuterium (Wasserstoff mit einem zusätzlichen Neutron) und Tritium (Wasserstoff mit zwei zusätzlichen Neutronen).

Da die Laserstrahlen der Hohlraum getroffen, strahlt das Gold Röntgenstrahlen, die sind so mächtig, dass sie die Metalloberfläche der Kugel verdampfen. Diese Verdampfung immensen Druck auf das Deuterium und Tritium und induziert Fusion, Zerschlagung die Wasserstoffatome zu Helium sowie ein Neutron.

Das Problem ist, dass selbst kleinste Unebenheiten in der Oberfläche der Kugel werden den Druck auf das Deuterium und Tritium ist nicht perfekt auch rundum. Ergebnis? "Es ist wie ein Stachelschwein implodiert," sagte Edwards LiveScience. Diese ungleichen "umgekehrte Explosion" führt zu Energieverschwendung, so dass mehr Energie in das System gestellt wird, als dabei herauskommt.

Aber um besser Implosionen zu erhalten, das NIF-Team herausgefunden, wie man die Auswirkungen zu reduzieren. Es bedeutete die Formveränderung der Laserpulse, die Menge an Energie in ihnen im Laufe der Zeit variieren. Edwards Gruppe gefunden, die durch Veränderung der Form auf eine andere Weise als zuvor und kürzere Impulse – 10 Nanosekunden statt 15 Nanosekunden – konnten sie die Kugeln gleichmäßig implodieren.

Das hat die NIF näher auf den "wissenschaftlichen Break-even-Punkt," wo ist die Menge an Energie, die aus der Fusionsreaktion kommt gleich zu dem, was durch die kinetische Energie von der Implosion versetzt wurde. (Die Energie des Lasers ist nicht bei der Berechnung berücksichtigt). Gerade jetzt, die Menge von Energie kommt aus dem NIF-Setup ist etwa 80 Prozent der was gesetzt ist.

Es werden weitere Experimente zur Feinabstimmung der Implosion Edwards sagte.

Nichts davon wird zum Ergebnis in einem Fusion-basierten Kraftwerk. Aber Edwards zur Kenntnis genommen, das ist nicht wirklich der Punkt – zumindest noch nicht. Teilweise ist das Ziel, eine Möglichkeit zum Steuern der Implosionen notwendig, um autarke Fusionsreaktionen arbeiten zu finden.

"NIF ist gebaut, um eine Fusion Pellets entzünden", sagte Stewart Prager, Direktor des Princeton Plasma Physics Laboratory. "sie haben es sich nicht durch die Zeit, die sie ursprünglich angegeben, aber sie machen Fortschritte." Die NIF wurde im Jahr 2008 errichtet; Ihr ursprüngliche Mandat war Zündung zu erreichen – den Break-even-Punkt – im Jahr 2012.

Die Zukunft der fusion

Edwards stellte ferner fest, dass die Physik, zumindest die Art und Weise funktioniert, die die Computer-Simulationen und Theorien sagen, es wird. Das weist auf ein technisches Problem, sondern als Notwendigkeit einer neuen physikalischen Theorien zu beschreiben, was geschieht im Inneren der Kugeln. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Es gibt andere Methoden Fusionsreaktionen zu schaffen. Die bekannteste Methode, genannt Tokamak, nutzt magnetische Felder beschränken Plasma oder gasbeheizte auf Millionen von Grad. Die International Thermonuclear Experimental Reactor oder ITER, gebaut in Südfrankreich, wird diese Technik prüfen. Dutzende von experimentellen Fusionsreaktoren haben im Laufe der Jahre gebaut worden; aber sie sind nicht als Kraftwerke für Forschung, entwickelt. ITER wird die erste selbsttragende Reaktionen erzeugen soll, aber es wird nicht einmal Start die erste reale Experimente bis den 2020er Jahren.

Das bringt uns zu der großen Kritik an Fusionsexperimente —, dass sie etwas Sinnvolles in einem angemessenen Zeitrahmen wird nicht ergeben. Die NIF und ITER sind teuer: die NIF ist ein $ 3,5 Milliarden-Projekt, während ITER projiziert wird, um ungefähr $ 17,5 Milliarden Kosten. Fusionsforschung hat in der Regel seit den 1960er Jahren durchgeführt wurden.

Es gibt auch noch technische Hürden, auch wenn die NIF Zündung erreicht. Die Fusionsreaktionen, die NIF untersucht produzieren alle Neutronen. Neutronen, die eine elektrische Ladung besitzen, können durch jedes Material übergeben, die nicht richtig abgeschirmt ist. Aber wenn sie andere Atome treffen, sie oben zu brechen, oder welchem Material sie treffen radioaktive; Sie können sogar Metalle Schwächen. Das bedeutet, um das Versprechen der Beseitigung der Radioaktivität zu erfüllen, die Fusionsreaktionen können nicht Neutron Fusion, wie es für Deuterium und Tritium beinhalten. Auf der anderen Seite die Neutronen möglicherweise eine zusätzliche Energiequelle – mindestens eine Fusion Reaktordesign nutzt Fluorid Salze von Bor und Lithium, um die Reaktorwänden die Neutronen zu schützen, und ihre Wärme wegtragen – das Laufwerk Turbinen mit Dampf verwendet werden könnte.

François Waelbroeck, Direktor des Institute for Fusion Studies an der University of Texas, sagte, dass obwohl es Probleme mit Deuterium-Tritium-Fusion gibt – der Typ nun untersucht – die Idee ist, dass einmal Wissenschaftler lernen, um diese Reaktion zu arbeiten, sie können weiterziehen zu Reaktionen, die Neutronen nicht emittieren. Solche Reaktionen beinhalten Lithium oder Bor.

Einige kleineren Firmen engagieren sich auch in der Fusionsforschung macht – eine sogenannte EMC2 wird finanziell unterstützt von der US-Marine für ihre Forschung, obwohl es nicht die Ergebnisse in Fachzeitschriften veröffentlicht. Andere wie Tri-Alpha Energie, allgemeine Fusion und Lawrenceville Plasmaphysik haben auch verschiedene Experimente laufen, obwohl kein Unternehmen hat etwas wie eine funktionierende Anlage gebaut oder autarke Reaktionen erreicht. Alle Unternehmen konzentrieren sich auf Fusionsreaktionen, die Neutronen erzeugen nicht.

Edwards ist dennoch optimistisch. "Unser Ziel ist zu zeigen, dass Zündung möglich ist", sagte er. "Wir haben eine riesige Fortschritte gemacht, und wir sind fast erreicht, was unsere Berechnungen sagen in einem Regime geschehen sollte etwas weniger anspruchsvoll als Full-Up Zündung Implosionen."

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