Der Durchbruch bei der Kernfusion ebnet den Weg für eine saubere Energiezukunft

Erstmals haben US-Wissenschaftler “Nettoenergie” durch eine Kernfusionsreaktion erzeugt, teilte das Energieministerium am Dienstag mit.

Das erfolgreiche Experiment, das am 5. Dezember im Lawrence Livermore National Laboratory stattfand, ist der bedeutendste Meilenstein aller Zeiten in der jahrzehntelangen Suche nach billiger, sauberer, kohlenstofffreier Energie durch Kernfusion.

„Wir haben die ersten Schritte in Richtung einer sauberen Energiequelle unternommen, die die Welt revolutionieren könnte“, sagte er Jill HrubyAdministrator der National Nuclear Security Administration.

Energieministerin Jennifer M. Granholm nannte die Errungenschaft „eine der beeindruckendsten wissenschaftlichen Leistungen des 21. Jahrhunderts“ und fügte hinzu, dass sie „in die Geschichtsbücher eingehen wird“.

Bei einer Kernfusionsreaktion kollidieren zwei Atome und verschmelzen zu einem größeren Atom eines schwereren Elements, wobei sie ihre überschüssige Masse als Energie freisetzen.

Fusion ist der Prozess, bei dem die Sonne Energie erzeugt. Der Kern der Sonne ist die ideale Hochdruck- und Hochtemperaturumgebung für Wasserstoffatome, um zu Helium zu verschmelzen; Die Replikation dieser Bedingungen auf der Erde hat sich als viel schwieriger erwiesen.

Wissenschaftler von Lawrence Livermore in der San Francisco Bay Area erzielten ihren Durchbruch, indem sie 192 Laser auf ein diamantbeschichtetes Ziel von etwa der Größe eines Pfefferkorns richteten, es auf mehr als 3 Millionen Grad Celsius (über 5,4 Millionen Grad Fahrenheit) erhitzten und – kurz gesagt – Sternbedingungen nachahmen. Die Zusammenführung hat begonnen.

„Das alles war schon einmal passiert. Hundertmal zuvor gesagt Marvin Adams, der stellvertretende Administrator der National Nuclear Security Administration für Verteidigungsprogramme. „Aber letzte Woche haben sie dieses Experiment zum ersten Mal so konzipiert, dass der Fusionsbrennstoff lange genug heiß, dicht genug und rund genug bleibt, um sich zu entzünden und mehr Energie zu erzeugen, als Laser nicht können.

Dieser Nettoenergiegewinn betrug „in Innenräumen etwa zwei Megajoule, im Freien etwa drei Megajoule“, sagte Adams.

Eine Fusionsreaktion erzeugt drei- bis viermal mehr Energie als eine Spaltung, die selbst etwa eine Million Mal stärker ist als jede andere Energiequelle auf der Erde.

Auch die Kernspaltung oder die Spaltung von Atomen setzt in einer Kettenreaktion eine enorme Energiemenge frei. Spaltungsreaktionen wurden produktiv eingeschleust Kernzentrum und zerstörerisch hinein Atomwaffen.

Im Gegensatz zur Spaltung Kernfusion setzt keine schädlichen radioaktiven Nebenprodukte frei die Tausende von Jahren brauchen, um sich zu zersetzen. Und da es keine Kettenreaktion beinhaltet, ist es von Natur aus weniger gefährlich.

Darüber hinaus wird das Zusammenführen seit langem als wesentlich angesehen, um das Ziel von Netto-Null-Emissionen zu erreichen. Die Erzeugung von Strom und Wärme macht derzeit 30 % davon aus globalen Treibhausgasemissionen. Technologie, die Kernfusion erfolgreich nutzt, könnte theoretisch endlos erneuerbare Mengen an sauberer, risikoarmer und kohlenstofffreier Energie erzeugen.

All diese Faktoren haben die kontrollierbare Kernfusion seit den 1950er Jahren zu einem der begehrtesten Ziele der Wissenschaft gemacht und Milliarden von staatlichen und privaten Investitionen angezogen.

„Wir haben eine Technologie genommen, die für die Zerstörung geboren wurde, und jetzt haben wir die Tür geöffnet, um sie für mehr als das zu nutzen“, sagte er Lee BernsteinProfessor für Nukleartechnik an der UC Berkeley und ehemaliger stellvertretender Gruppenleiter an der National Ignition Facility im Livermore Laboratory, wo das Experiment stattfand.

Obwohl die Ankündigung vom Dienstag ein großer Schritt in Richtung dieses Ideals ist, ist noch ein langer Weg zu gehen. Eine praktische Anwendung sei wohl “Jahrzehnte entfernt”, hieß es Kim wachte aufDirektor von Livermore.

„Es ist eine Zündkapsel, nur einmal. Um kommerzielle Fusionsenergie zu erreichen, muss man eine Menge Dinge tun. Sie müssen in der Lage sein, sehr viele Fusionszündungsereignisse pro Minute zu erzeugen“, sagte Budil. “Mit konzertierten Bemühungen und Investitionen könnten uns einige Jahrzehnte der Erforschung der zugrunde liegenden Technologien in die Lage versetzen, ein Kraftpaket zu bauen.”

In der Tat ist die Leistung in Livermore “ähnlich wie der erste Flug der Gebrüder Wright”, sagte er Paul schönPlasmaphysiker am Caltech.

Mit ihren selbst konstruierten Flugzeugen Orville und Wilbur Wright 1903 nachgewiesen dass “man ein Flugzeug bauen könnte, das schwerer als Luft ist und abheben und fliegen und nicht fallen würde”, sagte Bellan. “Das bedeutete nicht, dass Sie sofort von LA nach London fliegen konnten”. Es bedeutete auch nicht, dass das Flugzeug der Wrights das einzige praktikable Design für ein Flugzeug war, fügte er hinzu. Aber es bewies, dass ein mutiger Sprung in der Physik möglich war, und inspirierte andere, auf ihrem Erfolg aufzubauen.

„Es ist definitiv ein entscheidender Moment“, sagte Bellan. “Es zeigt, dass es sich lohnt, daran zu arbeiten, und irgendwann werden wir etwas finden, das sich auszahlt.”

Obwohl es Jahrzehnte dauert, bis die Kernfusion kommerziell wird, hat die Kernspaltungstechnologie die Vereinigten Staaten jahrzehntelang angetrieben. Dreiundneunzig Kernreaktoren erzeugte letztes Jahr fast ein Fünftel des Stroms des Landes; Darunter befindet sich das Kraftwerk Palo Verde direkt an der Interstate 10 in Arizona, das Los Angeles und andere Städte mit Strom versorgt und der größte Stromerzeuger des Landes ist. Präsident Biden sieht die Kernkraft als entscheidend an, um sein Ziel von 100 % klimafreundlichem Strom bis 2035 zu erreichen.

Schon vor der historischen Ankündigung vom Dienstag hatte eine Reihe von Erfolgen in der National Ignition Facility neue Generationen von wissenschaftlichen Talenten inspiriert. Seit August 2021, als das Team erreichte eine entscheidende Schwelle Durch das Erreichen einer sich selbst erhaltenden Reaktion stieg das Interesse der Studenten an der Fusion, sagte er Siegfried GlenzerProfessor für Photonenwissenschaft an der Stanford University und Abteilungsleiter am SLAC National Accelerator Laboratory.

“Es ist jetzt wirklich ein großer Magnet für junge Menschen, die etwas in der Welt bewegen wollen. Viele sind vom Klimawandel getrieben und wollen sehen, dass eine kohlenstofffreie Energiequelle produziert wird”, sagte Glenzer, eine aufregende Zeit für alle Forscher Alter.

Der Times-Autor Sammy Roth hat zu diesem Bericht beigetragen.