Januar 29, 2023

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Die Quelle sagt, dass amerikanische Wissenschaftler einen lang erwarteten Durchbruch in der Kernfusion erreichen

Die Quelle sagt, dass amerikanische Wissenschaftler einen lang erwarteten Durchbruch in der Kernfusion erreichen



CNN

Zum allerersten Mal ist es US-Wissenschaftlern der National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Laboratory in Kalifornien gelungen, eine Kernfusionsreaktion zu erzeugen, die einen Nettoenergieschub erzeugt hat, wie eine mit dem Projekt vertraute Quelle gegenüber CNN bestätigt hat.

Das US-Energieministerium wird den Hack voraussichtlich am Dienstag offiziell bekannt geben.

Das Ergebnis des Experiments wird ein großer Schritt in der jahrzehntelangen Suche nach der Erschließung einer endlosen Quelle sauberer Energie sein, die dazu beitragen kann, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu beenden. Forscher haben jahrzehntelang versucht, die Kernfusion nachzubilden – die Nachbildung der Fusion, die die Sonne antreibt.

US-Energieministerium Jennifer Granholm hat am Dienstag einen „großen wissenschaftlichen Durchbruch“ angekündigt, teilte das Energieministerium am Sonntag mit. Der Hack wurde zuerst von gemeldet Finanzzeiten.

Kernfusion Es tritt auf, wenn zwei oder mehr Atome zu einem größeren verschmelzen, ein Prozess, der eine große Menge an Energie in Form von Wärme erzeugt. Anders als bei der Kernspaltung, die weltweit Strom liefert, entstehen keine langlebigen radioaktiven Abfälle.

Wissenschaftler auf der ganzen Welt machen langsam Fortschritte in Richtung dieses Durchbruchs, indem sie verschiedene Methoden anwenden, um zu versuchen, dasselbe Ziel zu erreichen.

Das Projekt National Ignition Facility erzeugt Energie aus Kernfusion durch sogenannte „thermonukleare Trägheitsfusion“. In der Praxis feuern amerikanische Wissenschaftler Pellets mit Wasserstoffbrennstoff in einer Reihe von fast 200 Lasern ab und lösen im Wesentlichen eine Reihe extrem schneller Explosionen aus, die sich mit einer Geschwindigkeit von 50 Mal pro Sekunde wiederholen.

Die von den Neutronen und Alphateilchen gesammelte Energie wird als Wärme extrahiert, und diese Wärme ist der Schlüssel zur Energieerzeugung.

„Sie dämmen die Fusionsreaktion ein, indem sie die äußere Oberfläche mit Lasern bombardieren“, sagte Tony Rolston, ein Fusionsexperte vom Department of Engineering der University of Cambridge, gegenüber CNN. „Sie heizen die Außenseite auf. Das erzeugt einen Schock.“

Obwohl es eine große Sache ist, einen Nettoenergiegewinn aus der Kernfusion zu erzielen, geschieht dies in einem viel kleineren Maßstab als für den Betrieb von Stromnetzen und die Beheizung von Gebäuden erforderlich ist.

„Es geht um das, was man braucht, um 10 Kessel Wasser zum Kochen zu bringen“, sagte Jeremy Chittenden, Co-Direktor des Centre for Inertial Fusion Studies am Imperial College London. „Um daraus ein Kraftwerk zu machen, müssen wir größere Energiegewinne erzielen – wir brauchen sie, um viel größer zu sein.“

In Großbritannien arbeiten Wissenschaftler mit einer riesigen Donut-förmigen Maschine, die mit riesigen Magneten namens Tokamak ausgestattet ist, um zu versuchen, das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Nachdem eine kleine Menge Kraftstoff in den Tokamak eingespritzt wurde, werden riesige Magnete aktiviert, um Plasma zu erzeugen. Die Temperatur des Plasmas muss mindestens 150 Millionen Grad Celsius erreichen, zehnmal heißer als der Kern der Sonne. Dies zwingt die Moleküle aus dem Kraftstoff, zu einem zu verschmelzen. Bei der Kernfusion hat das geschmolzene Produkt weniger Masse als die ursprünglichen Atome. Die verlorene Masse verwandelt sich in eine riesige Menge an Energie.

Die Neutronen, die aus dem Plasma austreten können, treffen dann auf eine „Decke“, die die Wände des Tokamaks auskleidet, und ihre kinetische Energie wird als Wärme übertragen. Diese Wärme kann dann verwendet werden, um Wasser zu erhitzen, Dampf zu erzeugen und Turbinen zur Stromerzeugung anzutreiben.

Im vergangenen Jahr konnten Wissenschaftler in der Nähe von Oxford eine Rekordmenge an nachhaltiger Energie erzeugen. Allerdings dauerte es nur 5 Sekunden.

Egal, ob Magnete verwendet oder Pellets mit Lasern verschossen werden, das Ergebnis ist letztendlich dasselbe: Die Wärme, die durch den Prozess der Verschmelzung der Atome aufrechterhalten wird, ist der Schlüssel zur Energieerzeugung.

Die große Herausforderung bei der Nutzung der Fusionsenergie besteht darin, sie lange genug am Laufen zu halten, um Stromnetze und Heizsysteme auf der ganzen Welt mit Strom zu versorgen.

Chittenden und Roulstone sagen gegenüber CNN, dass Wissenschaftler auf der ganzen Welt jetzt daran arbeiten müssen, den Umfang von Fusionsprojekten erheblich zu erweitern und die Kosten zu senken. Es würde Jahre der Forschung erfordern, es kommerziell nutzbar zu machen.

„Im Moment investieren wir übermäßig viel Zeit und Geld in jedes Experiment, das wir durchführen“, sagte Chittenden. „Wir müssen die Kosten um einen enormen Faktor senken.“

Dennoch nannte Chittenden dieses neue Kapitel der Kernfusion einen „sehr realen und aufregenden Moment des Durchbruchs“.

Roulstone sagte, es gebe noch viel zu tun, um die Fusion in die Lage zu versetzen, Strom in kommerziellem Maßstab zu erzeugen.

„Das Gegenargument ist, dass dieses Ergebnis meilenweit von dem tatsächlichen Energiegewinn entfernt ist, der zur Stromerzeugung benötigt wird“, sagte er. „Wir können also sagen, dass es ein Erfolg für die Wissenschaft ist, aber weit davon entfernt, nützliche Energie zu liefern.“

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