Fusion-Experimenten Komen Dichter Bij Break-Even-Doel

{h1}

Natuurkundigen kunnen een stap dichter bij het besef komen van het break-even doel van fusiekracht, met behulp van aangepaste laserpulsen om nuclei van deuterium en tritium samen te smashen.

Fusie-energie is een ongrijpbaar doel gebleken - een lopende grap is dat de mensheid 20 jaar verwijderd is van een praktische krachtcentrale en dat dat al 60 jaar het geval is.

Dat zou kunnen veranderen, zei John Edwards, associate director voor inertial insluiting fusion en high-energy-density science van de National Ignition Facility.

In een recent stuk gepubliceerd in het tijdschrift Physics of Plasmas, zei Edwards dat NIF-wetenschappers steeds dichter bij reacties komen die meer energie produceren dan ze nodig hebben om aan de gang te gaan, en voegde daaraan toe dat de obstakels voor het realiseren van kernfusie eerder technische problemen dan elementaire fysica inhouden.

Fusie-energie maakt gebruik van dezelfde krachtbron die de zon laat schijnen. Het omvat het samen duwen van atoomkern - de protonen en neutronen van atomen - om zwaardere elementen te vormen en energie vrij te maken. In sterren zoals de zon treedt fusie op vanwege het immense gewicht van waterstofgas dat de protonen in het centrum van de zon samen verplettert om helium te maken. Fusie verschilt van splijtingsreacties, gebruikt in huidige kerncentrales, waar een atoom spontaan breekt - het proces van radioactief verval - en energie vrijgeeft. [Science Fact of Fiction? De plausibiliteit van 10 sci-fi-concepten]

In tegenstelling tot de radioactieve bijproducten van kernsplijting, beloven fusiecentrales veel energie zonder radioactief afval; in veel fusiereacties is het product helium.

Energie maken?

Om fusiereacties te creëren, vuren de NIF-wetenschappers lasers af in een hohlraum of een holle cilinder van goud. De laserpulsen, die een miljardste seconde duren, raken een kleine bol die vol zit met deuterium (waterstof met een extra neutron) en tritium (waterstof met twee extra neutronen).

Terwijl de laserstralen de hohlraum raken, zendt het goud röntgenstralen uit die zo krachtig zijn dat ze het metalen oppervlak van de bol verdampen. Die verdamping legt immense druk op het deuterium en tritium en veroorzaakt fusie, waarbij de waterstofatomen in helium worden gebroken, plus één neutron.

Het probleem is dat zelfs kleine onvolmaaktheden in het oppervlak van de bol betekenen dat de druk op de deuterium en tritium niet helemaal perfect is. Resultaat? "Het implodeert als een stekelvarken," vertelde Edwards WordsSideKick.com. Deze ongelijke "reverse explosion" resulteert in energieverspilling, zodat er meer energie in het systeem wordt gestoken dan eruit komt.

Maar om betere implosies te krijgen, bedacht het NIF-team hoe het effect te verminderen. Het betekende het veranderen van de vorm van de laserpulsen om de hoeveelheid energie die in de loop van de tijd wordt getransporteerd, te variëren. Edwards 'groep ontdekte dat door de vorm op een andere manier dan voorheen te veranderen en de pulsen korter te maken - 10 nanoseconden in plaats van 15 nanoseconden - ze in staat waren om de bollen meer gelijkmatig te laten imploderen.

Daardoor kwam de NIF dichter bij het "wetenschappelijke break-evenpunt", waar de hoeveelheid energie die uit de fusiereactie komt, gelijk is aan die van de kinetische energie van de implosie. (De energie van de laser wordt niet meegeteld in de berekening). Op dit moment is de hoeveelheid energie die uit de NIF-opstelling komt ongeveer 80 procent van wat er in wordt gestoken.

Er zullen meer experimenten zijn, gericht op het finetunen van de implosie, zei Edwards.

Niets van dit gaat resulteren in een op fusie gebaseerde energiecentrale. Maar Edwards merkte op dat dit niet echt het punt is - in ieder geval nog niet. Gedeeltelijk is het doel om een ​​manier te vinden om de implosies te beheersen die nodig zijn om zelfredzame fusiereacties op het werk te krijgen.

"NIF is gebouwd om een ​​fusiepellet te ontsteken", zegt Stewart Prager, directeur van het Princeton Plasma Physics Laboratory. "Ze begrepen het niet tegen de tijd dat ze het aanvankelijk beweerden, maar ze boeken vooruitgang." De NIF is gebouwd in 2008; het oorspronkelijke mandaat was om in 2012 ontsteking te bereiken - het break-even punt -.

De toekomst van fusion

Edwards merkte ook op dat de fysica op zijn minst werkt zoals de computersimulaties en theorieën zeggen. Dat duidt op een technisch probleem, eerder dan dat er behoefte is aan nieuwe fysieke theorieën om te beschrijven wat er in de sferen gebeurt. [De 9 grootste onopgeloste mysteries in de natuurkunde]

Er zijn andere methoden om fusiereacties te creëren. De bekendste methode, tokamak genaamd, maakt gebruik van magnetische velden om het plasma te beperken, of gas dat wordt verwarmd tot miljoenen graden. De Internationale Thermonucleaire Experimentele Reactor of ITER, gebouwd in Zuid-Frankrijk, zal deze techniek onderzoeken. Tientallen experimentele fusiereactoren zijn door de jaren heen gebouwd; maar ze zijn ontworpen voor onderzoek, niet als energiecentrales. ITER zal als eerste ontworpen zijn om zelfonderhoudende reacties te genereren, maar het zal de eerste echte experimenten nog niet eens starten tot de 2020s.

Dat brengt ons bij de grote kritiek op fusie-experimenten - dat ze binnen een redelijk tijdsbestek niets nuttigs zullen opleveren. Zowel de NIF als ITER zijn prijzig: de NIF is een project van $ 3,5 miljard, terwijl ITER naar verwachting ongeveer $ 17,5 miljard kost. Fusieonderzoek is over het algemeen uitgevoerd sinds de jaren zestig.

Er zijn ook nog technische hindernissen, zelfs als de NIF ontvlamt. De fusiereacties NIF onderzoekt alle geproduceerde neutronen. Neutronen, die geen elektrische lading hebben, kunnen materiaal passeren dat niet goed is afgeschermd. Maar wanneer ze andere atomen raken, kunnen ze ze doorbreken of radioactief materiaal maken; ze kunnen metalen zelfs verzwakken.Dat betekent dat om de belofte van het elimineren van radioactiviteit te vervullen, de fusiereacties geen neutronenversmelting kunnen inhouden, zoals gebeurt voor deuterium en tritium. Aan de andere kant kunnen de neutronen een bron van extra energie zijn - ten minste één ontwerp van de fusiereactor maakt gebruik van fluoridezouten van boor en lithium om de reactorwanden tegen de neutronen te beschermen en hun warmte af te voeren - die zou kunnen worden gebruikt om rijd turbines met stoom.

François Waelbroeck, directeur van het Institute for Fusion Studies aan de Universiteit van Texas, zei dat hoewel er problemen zijn met deuterium-tritiumfusie - het type dat nu wordt bestudeerd - het idee is dat zodra wetenschappers leren om die reactie te laten werken, ze kunnen ga verder met reacties die geen neutronen uitstralen. Dergelijke reacties omvatten lithium of boor.

Sommige kleinere bedrijven houden zich ook bezig met fusie-energieonderzoek - één genaamd EMC2 heeft financiering ontvangen van de Amerikaanse marine voor zijn onderzoek, hoewel het de resultaten niet heeft gepubliceerd in peer-reviewed tijdschriften. Anderen zoals Tri-Alpha Energy, General Fusion en Lawrenceville Plasmafysica hebben ook verschillende experimenten uitgevoerd, hoewel geen enkel bedrijf iets als een werkende plant heeft gebouwd of zelfonderhoudende reacties heeft bereikt. Alle bedrijven richten zich op fusiereacties die geen neutronen genereren.

Toch is Edwards optimistisch. "Ons doel is om aan te tonen dat ontsteking mogelijk is," zei hij. "We hebben enorm veel vooruitgang geboekt en we zijn bijna in staat om te bereiken wat volgens onze berekeningen zou moeten gebeuren in een regime dat iets minder veeleisend is dan full-up ontstekingsimplosies."

Volgen WordsSideKick.com @wordssidekick, Facebook & Google+. Oorspronkelijk artikel op WordsSideKick.com.


Video Supplement: Should We Colonize Venus Instead of Mars? | Space Time | PBS Digital Studios.




Onderzoek


Wat Is Blauw Geluid?
Wat Is Blauw Geluid?

Wat Waren De Beroemde Uitvindingen Van Eli Whitney?
Wat Waren De Beroemde Uitvindingen Van Eli Whitney?

Science Nieuws


Waarom Kunnen Wetenschappers Het Weer Niet Nauwkeurig Voorspellen?
Waarom Kunnen Wetenschappers Het Weer Niet Nauwkeurig Voorspellen?

Lichamelijke Activiteit Kan Je Hart Veranderen Terwijl Je Ouder Wordt (Op Een Goede Manier)
Lichamelijke Activiteit Kan Je Hart Veranderen Terwijl Je Ouder Wordt (Op Een Goede Manier)

Oude Lintwormeieren Gevonden In Versteende Haaienachtervoet
Oude Lintwormeieren Gevonden In Versteende Haaienachtervoet

Maleisië Vliegtuigonderzoek Maakt De Schipbreuk Van 1800'S Duidelijk
Maleisië Vliegtuigonderzoek Maakt De Schipbreuk Van 1800'S Duidelijk

Oh Snap: Trap-Jaw Ants Springen Ook Met Hun Benen
Oh Snap: Trap-Jaw Ants Springen Ook Met Hun Benen


WordsSideKick.com
Alle Rechten Voorbehouden!
Reproductie Van Materialen Toegestaan Alleen Prostanovkoy Actieve Link Naar De Site WordsSideKick.com

© 2005–2019 WordsSideKick.com