Erklärt: Kernfusion und ein neuer Durchbruch

Unter Kernfusion versteht man die Vereinigung mehrerer kleiner Kerne zu einem großen Kern mit anschließender Freisetzung großer Energiemengen.

Das Innere der Zielkammer der National Ignition Facility. Links ist das Servicemodul mit Technikern zu sehen. Rechts befindet sich der Zielpositionierer, der das Ziel hält.

Am Dienstag gab das Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien bekannt, dass ein Experiment in seiner National Ignition Facility einen Durchbruch in der Kernfusionsforschung gebracht hat. In dem Experiment wurden Laser verwendet, um ein kleines Ziel oder Brennstoffpellets zu erhitzen. Diese Deuterium und Tritium enthaltenden Pellets verschmolzen und produzierten mehr Energie. Das Team stellte fest, dass sie eine Ausbeute von mehr als 1,3 Megajoule erzielen konnten.

Prof. Jeremy Chittenden, Co-Direktor des Center for Inertial Fusion Studies am Imperial College London, sagte gegenüber BBC.com: Das Megajoule an Energie, das bei dem Experiment freigesetzt wird, ist in Bezug auf die Fusion tatsächlich beeindruckend, aber in der Praxis entspricht dies der benötigten Energie. einen Wasserkocher kochen.

Also, was genau ist Kernfusion?

Unter Kernfusion versteht man die Vereinigung mehrerer kleiner Kerne zu einem großen Kern mit anschließender Freisetzung großer Energiemengen. Die Kernfusion versorgt unsere Sonne mit Energie und die Nutzung dieser Fusionsenergie könnte eine unbegrenzte Menge an erneuerbarer Energie liefern. Das 2018 erschienene Buch Comprehensive Energy Systems stellt fest: Kernfusionsenergie ist als Grundlastenergie der Zukunft eine gute Wahl mit vielen Vorteilen, wie zum Beispiel unerschöpfliche Ressourcen, inhärente Sicherheit, keine langlebigen radioaktiven Abfälle und fast keine CO2-Emissionen.

Wie ist der neue Durchbruch gelungen?

Das Team verwendete neue Diagnoseverfahren, verbesserte Laserpräzision und nahm sogar Änderungen am Design vor. Sie wendeten Laserenergie auf Brennstoffpellets an, um sie unter ähnlichen Bedingungen wie im Zentrum unserer Sonne zu erhitzen und unter Druck zu setzen. Dies löste die Fusionsreaktionen aus.

Diese Reaktionen setzten positiv geladene Teilchen frei, die Alphateilchen genannt werden, die wiederum das umgebende Plasma erhitzten. (Bei hohen Temperaturen werden Elektronen aus den Atomkernen gerissen und werden zu einem Plasma oder einem ionisierten Aggregatzustand. Plasma wird auch als vierter Aggregatzustand bezeichnet)

Das erhitzte Plasma setzte auch Alphateilchen frei und es fand eine selbsterhaltende Reaktion namens Zündung statt. Die Zündung trägt dazu bei, die Energieabgabe aus der Kernfusionsreaktion zu verstärken, und dies könnte dazu beitragen, saubere Energie für die Zukunft bereitzustellen.

Am 8. August stellte das Team eine Energieabgabe von mehr als 1,3 Megajoule fest. Die Ergebnisse müssen noch in einem peer-reviewed Journal veröffentlicht werden.

Bergmenschen Marty

Dies ist ein wichtiger Durchbruch, da die Leistung höher ist als die bisher höchste erreichte Energie. Bisher hatten Laserfusionsprogramme mehrere Schwierigkeiten, da wir das Plasma nicht vollständig verstehen konnten. Jetzt haben neue Technologien den Weg für diese erstaunlichen Erkenntnisse geebnet und es gibt uns Hoffnung, dass wir auf dem richtigen Weg sind, sagt Dr. G. Ravindra Kumar vom Ultrashort Pulse High-Intensity Laser Laboratory am Tata Institute of Fundamental Research, Mumbai.

Dr. Ravindra Kumar, die nicht an dem Experiment beteiligt war, fügte hinzu, dass weitere Studien erforderlich sind, um die Gewinnschwelle für das Funktionieren eines Kraftwerks zu erreichen. Damit ein Kraftwerk erfolgreich arbeitet, müssen wir viel mehr Energie erzeugen. Dennoch sei dies ein wesentlicher Schritt nach vorne und ein technologischer Durchbruch, fügt er hinzu.

Dr. Aidan Crilly, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Center for Inertial Fusion Studies bei Imperial, stellte in einer Pressemitteilung fest: Die Reproduktion der Bedingungen im Zentrum der Sonne wird es uns ermöglichen, Materiezustände zu untersuchen, die wir im Labor noch nie zuvor erzeugen konnten , einschließlich solcher, die in Sternen und Supernovae zu finden sind… Wir könnten auch Einblicke in Quantenzustände der Materie und sogar Zustände gewinnen, die näher am Beginn des Urknalls liegen – je heißer wir werden, desto näher kommen wir dem allerersten Zustand des Universums .

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