Fysikere i USA og Japan har for første gang observeret nuklear fusion mellem protoner og bor-11-atomer i et magnetisk afgrænset plasma. De siger, at resultatet demonstrerer potentialet ved proton-bor-fusion som en rigelig, økonomisk energikilde. Men andre advarer om, at det videnskabelige grundlag for en sådan energikilde stort set ikke er bevist, og at enorme tekniske forhindringer står i vejen for kommercielle kraftværker.
Alle former for fusion rummer løftet om næsten grænseløs, ren baseload energi uden problemer med mulig nedsmeltning og langlivet affald, der plager fission. Men proton-bor (s11B) fusion bringer et par yderligere fordele i forhold til de mere almindelige reaktioner, der involverer brintisotoper deuterium og tritium.
Bor kan let udvindes, mens tritium er sjældent på Jorden og vanskeligt at fremstille kunstigt. Proton-bor-reaktionerne producerer også tre heliumatomer (alfapartikler) – hvis energi i princippet kunne omdannes direkte til elektricitet – uden at generere neutroner og derved væsentligt reducere radioaktiv forurening af reaktorkomponenter.
Disse pluspoint har dog en pris. Deuterium-tritium-fusion i sig selv kræver enorme temperaturer for at overvinde den gensidige frastødning af kernerne - omkring 100 millioner kelvin. Men proton-borreaktioner kræver stadig langt mere ekstreme forhold - omkring 1.5 milliarder kelvin.
Som forfattere til den seneste forskning forklare i et papir udgivet i Nature Communications, jo højere et plasmas temperatur jo mere energi udstråles normalt væk i form af synkrotron- og bremsstrahlung-stråling. Dette, påpeger de, gør det sværere at generere mere energi gennem fusionsreaktioner, end det er nødvendigt for at drive en reaktor - et stort problem, når et kommercielt anlæg sandsynligvis har brug for en energigevinst på mindst 50 for at overvinde ineffektivitet i elproduktionen behandle.
Det nye arbejde blev udført af Richard Magee og kolleger hos det californiske fusionsfirma TAE Technologies sammen med forskere ved National Institute for Fusion Science i Toki, Japan. Forskerne lavede deres eksperimenter på instituttets Large Helical Device (LHD), en stellarator med det nødvendige fusionsbrændstof allerede på plads – protonerne bliver affyret som højenergiske neutrale stråler, mens borpulver sprøjtes ind i plasmaet for at hjælpe med at reducere urenheder.
TAE leverede detektoren, som var afhængig af en delvist udtømt siliciumhalvleder, der genererede en strøm, når den blev ramt af alfapartikler. Den blev lavet for at undgå fejlregistrering af signaler fra røntgenstråler og anden plasmastråling ved at blive vinklet væk fra kerneplasmaet og få de ladede alfapartikler styret til sig af LHD'ens store magnetfelt.
Forskerne udførte flere dusin eksperimentelle skud i februar sidste år. De observerede fusionsreaktioner ved at sammenligne signalet på deres detektor før og efter at have tændt for de neutrale stråler samt ved at udføre nogle skud uden borpulver. Først da de havde både neutrale stråler og borpulver, fik de et spring i output - den nøjagtige værdi fortalte dem, at de producerede omkring 1012 fusionsreaktioner per sekund, hvilket stemte overens med computersimuleringer.
Udfordringer fremad
Dette er ikke den første demonstration af proton-bor-fusion - videnskabsmænd har tidligere observeret det ved hjælp af partikelacceleratorer og kraftige lasere. Men det amerikansk-japanske samarbejde hævder, at det er vigtigt at studere reaktionen, hvor den i sidste ende ville blive udnyttet - inde i et magnetisk afgrænset, termonukleært plasma. Forskerne erkender, at der skal gøres meget mere arbejde, men er overbeviste om, at TAE vil opnå energiforøgelse i en af sine enheder.
TAE hævder faktisk at være godt på vej mod kommerciel fusionsenergi. Virksomheden har bygget en række stadig mere sofistikerede reaktorer for at udforske felt-omvendt konfigurationsfusion, som involverer affyring af plasmaimpulser ind i et kammer og holde dem på plads magnetisk ved at rotere dem. Ingen af enhederne til dato har demonstreret proton-bor-fusion - dens nuværende "Norman"-reaktor ved hjælp af et brintplasma - men firmaet siger, at det har til hensigt at sende elektricitet til nettet fra et pilotproton-bor-kraftværk i begyndelsen af 2030'erne.
National Ignition Facility's tændingsmilepæl sætter gang i et nyt skub for laserfusion
Peter Norreys, en plasmafysiker ved University of Oxford i Storbritannien, siger, at forskerne har gjort "et fint stykke arbejde" i deres eksperimenter. Men han hævder, at proton-bor-fusion stadig er langt fra at konkurrere med deuterium-tritium-reaktioner. En potentiel komplikation, siger han, er behovet for relativistiske beskrivelser af plasmadynamik ved så høje temperaturer. Han mener også, at det er sandsynligt, at bremsstrahlung-stråling kan forringe plasmaindeslutningen ved at erodere en reaktors indre overflader.
Forskere ved EUROfusion-konsortiet i Garching, Tyskland, er også bevogtet. Tony Donné, Hartmut Zohm og Volker Naulin fortalte Fysik verden at den observerede reaktionshastighed i de seneste eksperimenter er omkring ti størrelsesordener for lille til at være nyttig til fusionsenergi (under hensyntagen til proton-bors lave effekttæthed).
De er "stærke i tvivl" om, at det nogensinde vil være muligt at opnå de gevinster, der er nødvendige for kommerciel elproduktion, og advarer om, at bremsstrahlung-stråling faktisk kan være så stærk, at den overstiger den nødvendige effekt til at opvarme og kontrollere plasmaet - hvilket får plasmaet til at bryder sammen.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
- Kilde: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
- :er
- 1
- 100
- a
- Om
- AC
- acceleratorer
- Konto
- opnå
- anerkende
- Yderligere
- Efter
- Alpha
- allerede
- ,
- ER
- hævder
- omkring
- AS
- At
- forfattere
- grundlag
- BE
- før
- være
- mellem
- Billion
- Bringer
- bygget
- by
- CAN
- regnskabsmæssige
- forårsager
- Kammer
- opladet
- fordringer
- samarbejde
- Bryder sammen
- kolleger
- Kom
- kommerciel
- selskab
- sammenlignet
- sammenligne
- komponenter
- computer
- betingelser
- sikker
- Konfiguration
- konsortium
- kontrol
- konverteret
- Core
- kunne
- Par
- Nuværende
- Dato
- demonstreret
- demonstrerer
- tæthed
- enhed
- Enheder
- DID
- svært
- direkte
- dusin
- dynamik
- Tidligt
- jorden
- nemt
- elektricitet
- energi
- enorm
- NOGENSINDE
- overstiger
- Exploited
- udforske
- ekstrem
- Facility
- februar
- felt
- ende
- fyring
- Firm
- Fornavn
- første gang
- Til
- formular
- formularer
- frisk
- fra
- Brændstof
- fusion
- Gevinst
- gevinster
- generere
- generere
- generation
- Tyskland
- få
- Grid
- Have
- have
- helium
- hjælpe
- Høj
- højere
- hold
- bedrift
- HTTPS
- kæmpe
- Hurdles
- Hydrogenering
- Tænding
- billede
- vigtigt
- in
- stigende
- oplysninger
- Institut
- hensigt
- spørgsmål
- IT
- ITS
- selv
- Japan
- Japans
- jpg
- hoppe
- stor
- vid udstrækning
- laser
- lasere
- Efternavn
- Sidste år
- seneste
- Sandsynlig
- grænseløs
- Lav
- lavet
- Magnetfelt
- Mainstream
- større
- maerker
- max-bredde
- Nedsmeltning
- milepæl
- million
- minerede
- mere
- gensidig
- national
- Natur
- I nærheden af
- nødvendig
- Behov
- behov
- behov
- Neutral
- neutroner
- Ny
- nukleare
- Kernefusion
- of
- on
- ONE
- ordrer
- Andet
- Andre
- output
- Overvind
- Oxford
- Papir
- partikel
- gennemløb
- Fysik
- pilot
- Place
- Plague
- planter
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- plus
- Punkt
- punkter
- mulig
- potentiale
- magt
- kraftværker
- vigtigste
- tidligere
- pris
- princippet
- Problem
- problemer
- behandle
- producere
- løfte
- protoner
- forudsat
- offentliggjort
- Skub ud
- Stråling
- SJÆLDEN
- Sats
- reaktion
- reaktioner
- reducere
- reducere
- registrering
- resterne
- Kræver
- forskning
- forskere
- Richard
- Værelse
- siger
- Videnskab
- forskere
- Anden
- halvleder
- Series
- flere
- Signal
- signaler
- Silicon
- lille
- So
- nogle
- sofistikeret
- Kilde
- Sparks
- stå
- Stadig
- stærk
- Studere
- væsentligt
- sådan
- tager
- hold
- Teknisk
- Teknologier
- ti
- at
- UK
- deres
- Them
- derved
- tænker
- tre
- Gennem
- thumbnail
- tid
- til
- sammen
- Tony
- også
- sand
- Drejning
- Uk
- Ultimativt
- universitet
- University of Oxford
- us
- sædvanligvis
- værdi
- Affald
- Vej..
- GODT
- som
- mens
- vilje
- med
- uden
- Arbejde
- ville
- år
- zephyrnet