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Künstliche Sonne, die fast grenzenlos saubere Energie erzeugen könnte, bricht Plasma-Rekord

Das Ziel der Forscher, die Kernfusion – den Prozess, der die Sterne antreibt – auf die Erde zu bringen, wurde unterstützt, nachdem der Korea Supraconductor Tokamak Advanced Research (KSTAR)-Reaktor des Korea Institute of Fusion Energy 30 Sekunden lang superheißes Plasma in einem Magnetfeld gehalten hat .

Die Errungenschaft ist ein Schritt vorwärts in dem Bestreben der Wissenschaftler, die Fusion, die im Herzen der Sonne stattfindet, zu nutzen und sie dann auf der Erde kontrolliert zu reproduzieren.

Sollten sie erfolgreich sein, wird die Fusionsenergie der Welt eine sichere, nachhaltige, umweltverträgliche und reichlich vorhandene Energiequelle bieten.

Die Fusion ist fast das Gegenteil der Kernspaltung (die die Kernreaktoren der Welt antreibt). Während die Kernspaltung aus dem Zerbrechen schwerer Atome wie Uran besteht, beinhaltet die Fusion das Zusammenschlagen leichter Atome, um schwerere Atome und Energie zu erzeugen.

Die Fusion ist ein saubererer Prozess, da sie keinen radioaktiven Abfall erzeugt und mit leichten und reichlich vorhandenen Materialien wie Wasserstoff, der aus Meerwasser gewonnen werden kann, anstelle von teuren und seltenen Elementen wie Uran oder Plutonium stattfindet.

Theoretisch könnte ein Liter Wasser genug Rohstoff für die Fusion liefern, um so viel Energie zu gewinnen wie die Verbrennung von 300 Litern Öl.

Kernfusionsgeräte wie KSTAR, bekannt als Tokamaks, replizieren Plasma, einen Aggregatzustand, der unter dem massiven Gravitationsdruck und der intensiven Hitze von Sternen wie der Sonne entsteht.

In diesem superheißen stellaren Plasma schlagen Wasserstoffatome mit hoher Geschwindigkeit zusammen und erzeugen Heliumatome. Dabei erzeugen diese Fusionen riesige Energiemengen, die von Sternen abgestrahlt werden.

Um dies zu kopieren, müssen Tokamaks – oft als „künstliche Sonnen“ bezeichnet – schweres Helium (Deuterium) mit Lasern auf Temperaturen von bis zu Millionen Grad Fahrenheit erhitzen und es in starken Magnetfeldern einschließen.

Um Fusionsenergie zu erzeugen, haben diese künstlichen Sonnen das Plasma bei diesen Temperaturen lange genug eingeschlossen, damit Atomkerne anfangen können, zusammenzubrechen.

Im Jahr 2016 stellte KSTAR einen Weltrekord für die Aufrechterhaltung des erhitzten Plasmas auf, indem es 90 Sekunden lang auf 70 Millionen ° F erhitztes Plasma enthielt. Dieser Rekord wurde 2017 von Chinas Experimental Advanced Supraconductor Tokamak (EAST) gebrochen, als es 90 und Sekunden lang ein Plasma von 102 Millionen °F aushielt.

Während diese Temperatur bei Fusionsprozessen heißer ist als in der Sonne (ca. 60 Millionen °F), da die Forscher hier auf der Erde den starken Druck, der durch die Schwerkraft im Herzen eines Sterns auf der Erde erzeugt wird, nicht reproduzieren können, sind Temperaturen in einem künstliche Sonne muss viel größer sein, um dies zu kompensieren.

Das bedeutet, dass das Plasma in einem Tokamak auf mindestens 180 Millionen ° F erhitzt wird, damit Atomkerne schnell genug zusammenschlagen, um die Kernfusion zu starten.

KSTAR war das erste Gerät, das diese Grenze durchbrach und diese Temperaturen im Jahr 1.5 für nur 2018 Sekunden im Plasma erzeugte.

Das Team verbesserte sich gegenüber diesem Jahr 2019 und hielt das Plasma acht Sekunden lang auf dieser Temperatur. KSTAR hat hier im Dezember 2020 noch einmal nachgelegt, indem Plasma bei dieser Temperatur erzeugt und 20 Sekunden lang gehalten wurde.

Während der neue Rekord von KSTAR den Rekord von EAST in Bezug auf die Zeit nicht schlagen kann, ist es den Forschern des Projekts gelungen, das Plasma auf diese wichtige Temperatur von 180 Millionen ° F zu erhitzen.

Das KSTAR-Team konnte dieses Plasma auch für einen Rekord von 30 Sekunden beschränken.

Das Korea Institute of Fusion Energy wird nun versuchen, KSTAR zu verbessern, um die Zeit zu verlängern, in der es Plasma auf einer Temperatur von 180 Millionen °F halten kann. Ziel ist es, dieses superheiße Plasma für mindestens 300 Sekunden einzudämmen.

Die Sonne und KStar
(Links) Eine Illustration der Sonne, die einen starken Plasmaausbruch zeigt. (Rechts) KSTAR zielt darauf ab, die Prozesse zu replizieren, die in Sternen wie der Sonne hier auf der Erde ablaufen, und hat kürzlich das Plasma für einen Rekord von 30 Sekunden auf superheiße Temperaturen begrenzt.
NASA/Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Nationaler Forschungsrat für Wissenschaft und Technologie

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