The scientists at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) have achieved fusie ontsteking en energie-niveau break-even. On 5th In december 2022 voerde het onderzoeksteam gecontroleerde fusie-experimenten uit met behulp van lasers waarbij 192 laserstralen meer dan 2 miljoen joule UV-energie afleverden aan een kleine brandstofpellet in de cryogene doelkamer en energie break-even bereikten, wat betekent dat het fusie-experiment meer energie produceerde dan geleverd door de laser om het aan te drijven. Deze doorbraak werd voor het eerst in de geschiedenis bereikt na tientallen jaren hard werken. Dit is een mijlpaal in de wetenschap en heeft belangrijke implicaties voor het vooruitzicht van schone fusie-energie in de toekomst naar een koolstofvrije economie, voor de bestrijding van klimaatverandering en voor het handhaven van nucleaire afschrikking zonder toevlucht te nemen tot kernproeven voor nationale defensie. Eerder, op 8thIn augustus 2021 had het onderzoeksteam de drempel van fusie-ontsteking bereikt. Het experiment had meer energie geproduceerd dan enig ander vorig fusie-experiment, maar er werd geen energie-break-even bereikt. Het nieuwste experiment uitgevoerd op 5th December 2022 heeft de prestatie van energie-break-even bereikt en daarmee een proof-of-concept opgeleverd dat gecontroleerde kernfusie kan worden benut om aan de energiebehoeften te voldoen, hoewel praktische commerciële toepassing van fusie-energie kan nog ver weg zijn.
nucleair reacties leveren grote hoeveelheden energie op die gelijk zijn aan de hoeveelheid verloren massa, volgens massa-energie symmetrievergelijking E = MC2 van Einstein. Kernsplijtingsreacties waarbij de kernen van splijtstof (radioactieve elementen zoals uranium-235) worden afgebroken, worden momenteel gebruikt in de kernreactoren voor het opwekken van energie. Op kernsplijting gebaseerde reactoren lopen echter grote risico's voor mens en milieu, zoals blijkt uit het geval van Tsjernobyl, en zijn berucht vanwege het genereren van gevaarlijk radioactief afval met zeer lange halfwaardetijden dat buitengewoon moeilijk te verwijderen is.
In de natuur zijn sterren zoals onze zon, kernfusie het samenvoegen van kleinere waterstofkernen is het mechanisme van energieopwekking. Kernfusie vereist, in tegenstelling tot kernsplijting, extreem hoge temperaturen en druk om kernen te laten samensmelten. Aan deze eis van extreem hoge temperatuur en druk wordt voldaan in de kern van de zon, waar fusie van waterstofkernen het belangrijkste mechanisme is voor energieopwekking, maar het opnieuw creëren van deze extreme omstandigheden op aarde is tot nu toe niet mogelijk geweest in gecontroleerde laboratoriumomstandigheden en als resultaat, kernfusiereactoren zijn nog geen realiteit. (Ongecontroleerde thermonucleaire fusie bij extreme temperatuur en druk gecreëerd door het activeren van een splijtingsapparaat is het principe achter het waterstofwapen).
Het was Arthur Eddington die voor het eerst suggereerde, lang geleden in 1926, dat sterren hun energie halen uit de fusie van waterstof tot helium. De eerste directe demonstratie van kernfusie was in het laboratorium in 1934 toen Rutherford de fusie van deuterium tot helium liet zien en waarnam dat er tijdens het proces "een enorm effect werd geproduceerd". Gezien het enorme potentieel om onbeperkte schone energie te leveren, hebben wetenschappers en ingenieurs over de hele wereld gezamenlijke inspanningen geleverd om kernfusie op aarde na te bootsen, maar het was een zware taak.
Bij extreme temperaturen worden elektronen gescheiden van de kernen en worden atomen geïoniseerd gas bestaande uit positieve kernen en negatieve elektronen, wat we plasma noemen, dat een miljoenste keer minder dicht is dan de lucht. Dit maakt fusie omgeving erg zwak. Om kernfusie te laten plaatsvinden in een dergelijke omgeving (die een aanzienlijke hoeveelheid energie kan opleveren), moet aan drie voorwaarden worden voldaan; er moet een zeer hoge temperatuur zijn (die botsingen met hoge energie kan veroorzaken), er moet voldoende plasmadichtheid zijn (om de kans op botsingen te vergroten) en het plasma (dat de neiging heeft uit te zetten) moet voldoende lang worden opgesloten om fusie mogelijk maken. Dit maakt de ontwikkeling van infrastructuur en technologie om heet plasma te beheersen en te beheersen tot de belangrijkste focus. Sterke magnetische velden kunnen worden gebruikt om met plasma om te gaan, zoals in het geval van Tokamak van ITER. Traagheidsopsluiting van plasma is een andere benadering waarbij capsules gevuld met zware waterstofisotopen worden geïmplodeerd met behulp van hoogenergetische laserstralen.
Fusiestudies uitgevoerd in het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) van NIF maakten gebruik van lasergestuurde implosietechnieken (traagheidsopsluitingsfusie). Kortom, capsules van millimeterformaat gevuld met deuterium en tritium werden geïmplodeerd met krachtige lasers die röntgenstralen genereren. De capsule wordt verwarmd en verandert in plasma. Het plasma versnelt naar binnen en creëert extreme druk- en temperatuuromstandigheden wanneer brandstoffen in de capsule (deuterium- en tritiumatomen) samensmelten, waardoor energie en verschillende deeltjes, waaronder alfadeeltjes, vrijkomen. De vrijgekomen deeltjes interageren met het omringende plasma en verhitten het verder, wat leidt tot meer fusiereacties en het vrijkomen van meer 'energie en deeltjes', waardoor een zichzelf in stand houdende keten van fusiereacties ontstaat ('fusie-ontsteking' genoemd).
De fusie-onderzoeksgemeenschap probeert al tientallen jaren 'fusie-ontsteking' te bereiken; een zelfvoorzienende fusiereactie. Op 8th In augustus 2021 bereikte het Lawrence Laboratory-team de drempel van 'fusie-ontsteking' die ze op 5 hebben bereiktth December 2022. Op deze dag werd gecontroleerde fusie-ontsteking op aarde een realiteit - een mijlpaal in de wetenschap bereikt!
***
