Hat dieses Startup das Geheimnis der Fusionsenergie geknackt?

Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde um 17.50 Uhr aktualisiert. SOMMERZEIT.

In der Welt der Physik gibt es einen fortwährenden Witz, dass kommerziell verwertbare Fusionsenergie in den letzten acht Jahrzehnten am Horizont war - höchstens 30 Jahre. Jetzt hat ein neues in Washington ansässiges Startup, Agni Energy Inc., einen Plan für einen Fusionsreaktor, von dem das Unternehmen sagte, es könnte näher als "nur am Horizont" sein.

Bestehende Kernreaktoren verwenden einen Prozess namens Spaltung, der Energie freisetzt, indem Atome auseinander gebrochen werden. Aber die Spaltung erzeugt radioaktive Nebenprodukte, die gesammelt und gelagert werden müssen. Fusion, das Gegenteil von Spaltung, bedeutet, Dinge zusammenzufügen - in diesem Fall Atome.

Fusionsreaktoren spannen Atome zusammen und geben dadurch Energie frei. Aber es ist den Wissenschaftlern noch nicht gelungen, einen nützlichen Fusionsreaktor zu bauen, der mehr Energie erzeugt, als er selbst verbraucht. Wenn Wissenschaftler jemals den "Horizont" der Fusionsenergie erreichen würden, würden diese Reaktoren viel mehr Energie erzeugen als die Kernspaltung die schädlichen Nebenprodukte. Denn dieser Prozess treibt die Sonne an.

Die meisten Fusionsreaktoren verwenden eine von zwei Methoden: Entweder erhitzen sie Plasma (lonenhaltiges Gas) unter Verwendung von Laser- oder Ionenstrahlen auf extreme Temperaturen, oder sie pressen das Plasma mit Magneten auf sehr hohe Dichten. [6 Cool Underground Science Labs]

Beide Methoden sind jedoch mit Problemen behaftet. Strahlen erfordern eine Menge Energie in das System, sagte Demitri Hopkins, wissenschaftlicher Leiter von Agni Energy Inc. Mit Magneten, wenn Sie Plasma anregen, können Sie die Atome nicht stabil genug halten, um die gesamte Energie zu enthalten.

Vergessene Idee

Der neue Ansatz würde sowohl elektrische als auch magnetische Felder verwenden, um eine hybride Fusionsvorrichtung zu schaffen. Diese sogenannte "Strahl-Target-Fusion" versucht nicht, die Atome von einer Quelle zu verschmelzen; es trifft vielmehr auf einen Atomstrahl gegen ein festes Target - und die Atome aus dem Strahl verschmelzen mit den Atomen des Targets. Der Ionenstrahl besteht bei diesem Ansatz aus Deuterium oder schweren Wasserstoffionen mit einem Neutron, und das Target besteht aus Tritiumionen, einem schweren Wasserstoff mit zwei Neutronen. Der Ansatz verwendet Wasserstoff, das das leichteste Element ist, denn in der Fusion produzieren die leichtesten Elemente laut Hopkins die meiste Energie.

Magnetische Linsen stabilisieren und regen die Atome im Ionenstrahl an, und wenn der Strahl das Ziel trifft, verschmelzen die beiden Arten von Wasserstoffatomen und setzen hochenergetische Neutronen frei, die dann zum Erwärmen von Wasser oder zum Antrieb von Dampfturbinen verwendet werden können. Die Fusion erzeugt auch ungiftiges Helium und ein wenig der ursprünglichen Brennstoffquelle, Tritium, die leicht radioaktiv ist, aber als Brennstoff wieder verwendet werden kann, sagte Hopkins.

Dieser Strahl-zu-Ziel-Fusion-Idee wurde erstmals in den 1930er Jahren vorgeschlagen und wurde "für unrentabel", weil es mehr Energie verbraucht, als es erzeugt, sagte Hopkins. "Dies wurde ursprünglich als Weg zur Fusionsenergie verworfen, weil es eine Menge Energie ausstrahlt [das ist nicht brauchbar]. Es streut zu viel, wenn es das Ziel trifft", sagte Hopkins zu Live Science. "Zu viel Energie ist auf diese Weise verloren gegangen, und das war sozusagen das Ende der [Idee]."

Weniger Streuung

Das Team, das hinter dem neuen Ansatz steht, sagte jedoch, dass es Atome sowohl im Ziel als auch im Strahl optimieren kann, indem es mit ihrer Spinpolarisation spielt - oder mit der Ausrichtung ihres Spins (ein grundlegendes Konzept, das sich darauf bezieht, wie sich Teilchen drehen). Indem die Spins genau so gekippt werden, können die Forscher die sogenannte Coulomb-Barriere überwinden, oder die Kräfte, die Atome abstoßen, die sich zu nahe kommen, sagte Hopkins. Dies minimiert das Ausmaß, in dem Atome streuen, was die gesammelte Energie erhöht. [5 Alltägliche Dinge, die radioaktiv sind]

Hopkins und seine Mitschüler, Forrest Betton und Eric Thomas, haben 2011 ein kleines Desktop-Modell entwickelt und festgestellt, dass die Spinpolarisation die Energieeffizienz um zwei Größenordnungen erhöht.

Allerdings ist nicht jeder davon überzeugt, dass dieses Schema über dieses Desktop-Modell hinausgehen wird.

"Während solche Systeme ein niedriges Niveau an Fusionsreaktionen erzeugen können, ist es aus ziemlich fundamentalen Gründen hoffnungslos, mehr Energie aus dem herauszuholen, als man hinein steckt", sagt Donald Spong, ein Plasmaphysiker, der an Fusionsreaktionen im Oak Ridge National Laboratory in Tennessee arbeitet. erzählte Live Science in einer E-Mail.

Das liegt daran, dass die Streuung wahrscheinlich zu hoch ist, sagte Spong, der nicht in Agnis Forschung involviert ist.

Selbst wenn exotische Zustände der Spinpolarisation die Streuung reduzieren, "müsste man abschätzen, ob die Energie, die zur Erzeugung des sogenannten exotischen Zustands benötigt wird, durch die behauptete Steigerung der Reaktionseffizienz überwunden werden könnte", sagte Spong.

John Foster, ein Plasmaphysiker an der Universität von Michigan, der nicht Teil des Projekts ist, hält es nicht für unmöglich, aber nur sehr schwierig. "Ich kann nicht sagen, niemals, nur dass es eine Herausforderung ist", sagte er. "Bei soliden Zielen ist die Streuung signifikant."

"Es ist jedoch erwiesen, dass Spin-Polarisierung die Effizienz stark verbessert", sagte er. "Der Trick ist es, in der Praxis und en masse abzuziehen."

Hopkins sagte, er sei optimistisch, dass Agnis Design nicht mehr als 30 Jahre dauern wird. "Die Leute haben gesagt, dass sie in den letzten 80 Jahren der Fusion nahe sind", sagte Hopkins. "Irgendwann wird jemand es knacken."

Es wird spannend zu sehen, welches Schiff, wenn überhaupt, zuerst den Horizont finden wird.

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