Wissenschaftler und Ingenieure am Lawrence Livermoore National Laboratory sagen, dass es ihnen gelungen ist, in einem Labor feuriges Plasma zu erzeugen, das kurzzeitig durch die Hitze seiner eigenen Kernfusionsreaktionen angetrieben wurde – ein wichtiger Schritt auf dem Weg zur Nutzung funktionsfähiger Fusionsenergie.
Die Forscher nutzten den energiereichsten Laser der Welt in der National Ignition Facility (NIF) des Labors, um ein Wasserstoffisotop in BB-Größe auf ein Vielfaches der Temperatur im Sonnenkern zu erhitzen. Dadurch entstand der nötige Druck, um den Prozess der Wasserstofffusion zu starten. die das Material dann selbstständig um einen erheblichen Bruchteil eines Megajoule erhitzte, ohne die Hilfe anderer Wärmequellen.
Die Forscher stellten ihre Arbeit in einem diese Woche in Nature veröffentlichten Artikel vor, der von den LLNL-Physikern Alex Zylstra und Omar Hurricane verfasst wurde.
„Ein brennendes Plasma ist ein Plasma, in dem die Fusionsreaktionen den Brennstoff stärker erhitzen als die anfängliche Erwärmung, die wir vorgenommen haben, um die Verbrennung zu starten“, sagte Zylstra gegenüber TechRadar. „Wir haben diesen Zustand erstmals in Experimenten erzeugt, die zwischen November 2020 und Februar 2021 durchgeführt wurden, wie in diesem Artikel berichtet; diese Experimente erzeugten bis zu 0,17 Megajoule Fusionsenergie.“
Das ultimative Ziel dieser Arbeit und die Daseinsberechtigung des NIF-Standorts selbst besteht darin, eine Fusionsreaktion zu erzeugen, die stark genug ist, um sich selbst zu erhalten. Zur Einleitung einer Fusion, bei der zwei Wasserstoffatome auseinanderbrechen und dabei große Energiemengen freisetzen, ist eine enorme Menge an externer Energie erforderlich. Und damit es tatsächlich als Treibstoff funktioniert, muss die Fusion mehr Energie freisetzen, als zur Auslösung des ursprünglichen Fusionsfunkens aufgewendet wurde.
Sobald der Funke gezündet ist, erzeugt jede Fusionsreaktion genügend Energie, um den Prozess aufrechtzuerhalten, und induziert die Fusion nahegelegener Wasserstoffatome, die ebenfalls exponentiell Energie freisetzen.
Diese selbsterhaltende Wärme, die durch brennendes Plasma erzeugt wird, ermöglichte es den LLNL-Ingenieuren im vergangenen August tatsächlich, eine Rekordleistung zu erzeugen, als die National Ignition Facility des LLNL durch ein Fusionsexperiment 10 Billiarden Watt Leistung erzeugte.
Dieser 0,17-Megajoule-Ausstoß entspricht nicht einmal 10 % dessen, was nötig ist, um eine nachhaltige Kernfusion auszulösen, aber es sind 10 % mehr Energie, als LLNL-Laser ursprünglich hatten.
„Das ist wichtig, weil es bedeutet, dass wir nun die Selbsterwärmung der Fusion nutzen können, um die erzeugte Strommenge durch weitere Verbesserungen drastisch zu steigern. Dies wurde in einem anschließenden Experiment im August 2021 gezeigt, das 1,3 Megajoule Strom erzeugte.“ Zylstra hat es uns erzählt. „Die Zündung ist einen Schritt schwieriger als ein brennendes Plasma, wenn die Selbsterhitzung der Fusion die physikalischen Mechanismen überwältigen kann, die dazu führen, dass der Brennstoff Energie verliert.“
Mittlerweile geschieht dies alles, ohne dass radioaktiver Abfall zurückbleibt. Tatsächlich ist das einzige Nebenprodukt dieses Prozesses Helium, das weltweit knapp ist, sodass selbst das Nebenprodukt dieses Prozesses wertvoll ist.
Analyse: Ok, aber wann werden wir Fusionsreaktoren haben?
Trotz der erstaunlichen Leistung und der mehr als zehnjährigen Forschung am NIF wird es noch einige Zeit dauern, bis die Kernfusion die Welt mit Energie versorgt.
„Eine wissenschaftliche Demonstration der Fusionszündung ist vielleicht mit dem Flugzeug des Wright-Bruders vergleichbar“, sagte Zylstra gegenüber TechRadar. „Aber es ist immer noch sehr schwierig, von dieser Errungenschaft zu einem modernen Düsenflugzeug zu gelangen, bei dem man Tickets für einen transkontinentalen Flug kaufen kann.“
Derzeit befinden sich Forscher eher in der Proof-of-Concept-Phase und versuchen herauszufinden, ob angesichts des Stands unserer Technologie eine nützliche Kernfusion möglich ist.
Sobald alle diese Schritte verifiziert sind, liegt es an anderen Wissenschaftlern und Ingenieuren, herauszufinden, wie diese neue Technologie am besten genutzt werden kann. Aber wenn es funktioniert, wird diese Forschung unser Leben verändern, und das ist echte Wissenschaft, keine Fiktion.