Wir müssen positiv sein, auch hier führen Studie und Anwendung trotz vieler Kritiker zu konkreten Ergebnissen: Im Energiebereich wurde das dritte positive Ergebnis zum dritten Mal wiederholt National Ignition Facility (NIF) am Lawrence Livermore National Laboratory, Kalifornien, nicht als Kraftwerk konzipiert, sondern zur Nachbildung und Untersuchung der Reaktionen, die bei thermonuklearen Explosionen auftreten.
Das Labor untersucht und entwirft derzeit Systeme zur Erzeugung von Kernenergie durch Fusion, eine futuristische Technologie, von der angenommen wird, dass sie die meisten Energieprobleme des Planeten lösen kann, indem sie nahezu unbegrenzte Energiemengen ohne Treibhausgasemissionen mit vernachlässigbarer Produktion von Radioaktivität produziert Abfall.
In den letzten Jahrzehnten haben NIF-Forscher daran gearbeitet, dies zu erreichen Kernfusion, eines der anspruchsvollsten Ziele aller angewandten Wissenschaften im Energiebereich. Tatsächlich konnte ein erstes nennenswertes Ergebnis erzielt werden Dezember 5 2022, wenn auch mit begrenzter Energieproduktion. Noch zu wenig für eine wirtschaftliche Verwertung, aber ein Meilenstein, der deutlich machte, dass wir auf dem richtigen Weg waren.
Gehen wir einen kleinen Schritt zurück: Fusionszündung tritt auf, wenn die Wärmeleistung der durch Kernfusionsreaktionen erzeugten Alphateilchen die Kühleffekte von Verlusten übersteigt, die beispielsweise durch Röntgenemissionen und Expansion durch Implosion entstehen. Wenn genügend dieser Partikel in der hochdichten Brennstoffschicht absorbiert werden, wird eine Welle von Fusionsreaktionen erzeugt, die sich in den kalten Brennstoff ausbreitet, eine Mischung aus Deuterium und Tritium (zwei Wasserstoffisotope), die den Punktwärme umgibt. Wenn die Energieablagerung durch Partikel mehr als 50 % zur Kraftstofferwärmung beiträgt, entsteht eine sich selbst erhaltende Rückkopplungsschleife, die zu einer explosionsartigen Steigerung der Energieerzeugung führt.
Vereinfacht ausgedrückt funktioniert ein Kernfusionsreaktor daher als Energieverstärker und der erzielte Gewinn ergibt sich aus dem Verhältnis zwischen der durch die Fusionsreaktion erzeugten Energie und der vom Brennstoff absorbierten Energie, die durch fokussierte hochenergetische Laserstrahlen ausgelöst wird. innerhalb a kleiner goldener Zylinder, genannt Hohlraum, das die Brennstoffkugel enthält. Diese als indirekt bezeichnete Methode nutzt die Röntgenstrahlen, die durch die Wechselwirkung zwischen dem Laser und dem Laser erzeugt werdenHohlraum um die Kraftstoffkugel zu komprimieren und so eine bessere Kompressionssymmetrie als beim direkten Ansatz zu gewährleisten.
Es muss verstanden werden, dass die Schwierigkeit auch mit dem verwendeten Brennstoff zusammenhängt, der sich im Plasmazustand befindet, in einfachen Worten: ein ionisiertes Gas, das aus einer Reihe von Elektronen und Ionen besteht und insgesamt neutral ist (d. h. dessen elektrische Gesamtladung Null ist).
Plasma gilt als das vierter Zustand der Materie, der somit vom festen, flüssigen und gasförmigen Zustand unterschieden wird, während der Begriff „ionisiert“ darauf hinweist, dass den jeweiligen Atomen ein relativ großer Anteil an Elektronen entzogen wird. Obwohl es relativ selten in der Natur auf der Erde vorkommt (Blitze und Polarlichter), macht es im Universum mehr als 99 % der bekannten Materie aus (Sterne liegen in Form von Plasma vor).
Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, dass der Brennstoff zur Energieerzeugung über einen ausreichend langen Zeitraum in einer ausreichend hohen Dichte gehalten werden muss.
Das erste spannende Ergebnis wurde mit dem Experiment erzielt Dezember 5 2022, als das NIF die Zündschwelle überschritten hatte und 3,15 Megajoule (MJ) Fusionsenergie mit 2,05 MJ Laserenergie erzeugte.
Um die „Auslöseleistung“ des Lasers zu verstehen, verwendet das NIF 192 Laserstrahlen, die in der Lage sind, auf das Ziel die gleiche Momentanleistung abzugeben, die im Durchschnitt das gesamte amerikanische Stromnetz benötigt.
In der Tat die Juli 30 2023Der NIF-Laser, der immer 2,05 MJ Energie auf das Ziel aufbringt, erzielte eine Energieproduktion von 3,88 MJ. Der Versuch wurde wiederholtOktober 8 2023 und zum dritten Mal erreichte das NIF die Zündung mit weniger Laserenergie (1,9 MJ), was einer Ausbeute von weniger als 2,4 MJ entspricht. Ein paar Tage später, die Oktober 30 2023stellte das NIF einen neuen Rekord auf, indem es zum ersten Mal eine größere Menge an Zündenergie verwendete (2,2 MJ) und 3,4 MJ Fusionsenergie erreichte, die zweithöchste jemals erreichte Neutronenproduktion.
Ein wichtiger Fortschritt, aber obwohl ein Nettoenergiegewinn erzielt wurde, wird der Bau eines Kernfusionskraftwerks noch lange dauern. Sicherlich haben die Erfolge des Jahres 2023 diejenigen desavouiert, die die Nutzung der Kernenergie durch Fusion für eine Chimäre hielten; Kritiker gingen davon aus, dass es unmöglich sei, mit Lasern die nötige Präzision zu erreichen, um den Treibstoff zu zünden, der wiederum im notwendigen physikalischen Zustand gehalten werden müsse.
Die Ergebnisse sind jetzt ermutigend und – auch wenn es noch etwa zehn Jahre dauern wird, bis diese saubere und nachhaltige Energie genutzt werden kann – müssen wir weiterhin in die Ausbildung von Ingenieuren und Forschern investieren, die mit ihrem Engagement für eine bessere Zukunft sorgen können für jeden.
(Artikel ursprünglich veröffentlicht am https://www.ocean4future.org)
Bild: Lawrence Livermore National Laboratory / Web
