Fysikere i USA og Japan har observert kjernefysisk fusjon mellom protoner og bor-11-atomer i et magnetisk avgrenset plasma for første gang. De sier at resultatet demonstrerer potensialet til proton-bor-fusjon som en rikelig, økonomisk energikilde. Men andre advarer om at det vitenskapelige grunnlaget for en slik energikilde stort sett ikke er bevist og at store tekniske hindringer står i veien for kommersielle kraftverk.
Alle former for fusjon har løftet om nesten ubegrenset, ren, grunnlastenergi uten problemene med mulig nedsmelting og langlivet avfall som plager fisjon. Men proton-bor (s11B) fusjon gir et par ekstra fordeler sammenlignet med de mer vanlige reaksjonene som involverer hydrogenisotopene deuterium og tritium.
Bor kan lett utvinnes, mens tritium er sjelden på jorden og vanskelig å produsere kunstig. Proton-borreaksjonene produserer også tre heliumatomer (alfapartikler) - hvis energi i prinsippet kan omdannes direkte til elektrisitet - mens de ikke genererer nøytroner, og dermed reduserer radioaktiv forurensning av reaktorkomponenter betydelig.
Disse plusspoengene har imidlertid en pris. Deuterium-tritium-fusjon i seg selv krever enorme temperaturer for å overvinne den gjensidige frastøtingen av kjernene – rundt 100 millioner kelvin. Men proton-borreaksjoner trenger fortsatt langt mer ekstreme forhold - rundt 1.5 milliarder kelvin.
Som forfatterne av den nyeste forskningen forklare i en artikkel publisert i Nature Communications, jo høyere en plasmas temperatur, jo mer energi blir vanligvis utstrålet i form av synkrotron- og bremsstrahlung-stråling. Dette, påpeker de, gjør det vanskeligere å generere mer energi gjennom fusjonsreaksjoner enn det som er nødvendig for å drive en reaktor – et stort problem når et kommersielt anlegg sannsynligvis trenger en energigevinst på minst 50 for å overvinne ineffektivitet i kraftproduksjonen prosess.
Det nye arbeidet ble utført av Richard Magee og kolleger ved Californian fusion company TAE Technologies sammen med forskere ved Nasjonalt institutt for fusjonsvitenskap i Toki, Japan. Forskerne gjorde sine eksperimenter på instituttets Large Helical Device (LHD), en stellarator med nødvendig fusjonsdrivstoff allerede på plass – protonene skytes inn som høyenerginøytrale stråler mens borpulver injiseres i plasmaet for å redusere urenheter.
TAE ga detektoren, som var avhengig av en delvis utarmet silisiumhalvleder som genererer en strøm når den ble truffet av alfapartikler. Den ble laget for å unngå feilregistrering av signaler fra røntgenstråler og annen plasmastråling ved å vinkles bort fra kjerneplasmaet og få de ladede alfapartiklene styrt til seg av LHDs store magnetfelt.
Forskerne utførte flere titalls eksperimentelle skudd i februar i fjor. De observerte fusjonsreaksjoner ved å sammenligne signalet på detektoren deres før og etter å ha slått på de nøytrale strålene, samt å utføre noen skudd uten borpulver. Først når de hadde både nøytrale stråler og borpulver, fikk de et hopp i produksjonen - den nøyaktige verdien fortalte dem at de produserte rundt 1012 fusjonsreaksjoner per sekund, som stemte overens med datasimuleringer.
Utfordringene fremover
Dette er ikke den første demonstrasjonen av proton-borfusjon – forskere har tidligere observert det ved bruk av partikkelakseleratorer og kraftige lasere. Men det amerikansk-japanske samarbeidet hevder at det er viktig å studere reaksjonen der den til slutt vil bli utnyttet - inne i et magnetisk innestengt, termonukleært plasma. Forskerne erkjenner at mye mer arbeid må gjøres, men er sikre på at TAE vil oppnå energigevinst i en av enhetene sine.
Faktisk hevder TAE å være på god vei mot kommersiell fusjonsenergi. Selskapet har bygget en serie stadig mer sofistikerte reaktorer for å utforske felt-reversert konfigurasjonsfusjon, som innebærer å skyte pulser av plasma inn i et kammer og holde dem på plass magnetisk ved å rotere dem. Ingen av enhetene til dags dato har demonstrert proton-bor-fusjon - dens nåværende "Norman"-reaktor ved bruk av et hydrogenplasma - men firmaet sier at det har til hensikt å sende strøm til nettet fra et pilotproton-bor-kraftverk innen tidlig på 2030-tallet.
National Ignition Facility sin tenningsmilepæl setter i gang et nytt press for laserfusjon
Peter Norreys, en plasmafysiker ved University of Oxford i Storbritannia, sier at forskerne har gjort "en god jobb" i eksperimentene sine. Men han argumenterer for at proton-bor-fusjon fortsatt er langt fra å konkurrere med deuterium-tritium-reaksjoner. En potensiell komplikasjon, sier han, er behovet for relativistiske beskrivelser av plasmadynamikk ved så høye temperaturer. Han mener det også er sannsynlig at bremsstrahlung-stråling kan svekke plasma inneslutning ved å erodere en reaktors indre overflater.
Forskere ved EUROfusion-konsortiet i Garching, Tyskland, er også bevoktet. Tony Donné, Hartmut Zohm og Volker Naulin fortalte Fysikkens verden at den observerte reaksjonshastigheten i de siste eksperimentene er omtrent ti størrelsesordener for liten til å være nyttig for fusjonsenergi (med tanke på proton–bors lave effekttetthet).
De har "sterk tvil" om at det noen gang vil være mulig å oppnå de gevinstene som trengs for kommersiell kraftproduksjon, og advarer om at bremsstrahlung-stråling faktisk kan være så sterk at den overskrider kraften som trengs for å varme og kontrollere plasmaet - noe som får plasmaet til å kollapse.
- SEO-drevet innhold og PR-distribusjon. Bli forsterket i dag.
- Platoblokkkjede. Web3 Metaverse Intelligence. Kunnskap forsterket. Tilgang her.
- kilde: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
- :er
- 1
- 100
- a
- Om oss
- AC
- akseleratorer
- Logg inn
- Oppnå
- anerkjenne
- Ytterligere
- Etter
- Alpha
- allerede
- og
- ER
- argumenterer
- rundt
- AS
- At
- forfattere
- basis
- BE
- før du
- være
- mellom
- Milliarder
- Bringer
- bygget
- by
- CAN
- bærer
- forårsaker
- Chamber
- ladet
- krav
- samarbeid
- Kollapse
- kollegaer
- Kom
- kommersiell
- Selskapet
- sammenlignet
- sammenligne
- komponenter
- datamaskin
- forhold
- trygg
- Konfigurasjon
- konsortium
- kontroll
- konvertert
- Kjerne
- kunne
- Par
- Gjeldende
- Dato
- demonstrert
- demonstrerer
- tetthet
- enhet
- Enheter
- gJORDE
- vanskelig
- direkte
- dusin
- dynamikk
- Tidlig
- jord
- lett
- elektrisitet
- energi
- enorm
- NOEN GANG
- stiger
- Exploited
- utforske
- ekstrem
- Facility
- Februar
- felt
- slutt
- avfyring
- Firm
- Først
- første gang
- Til
- skjema
- skjemaer
- fersk
- fra
- Brensel
- fusjon
- Gevinst
- inntjening
- generere
- genererer
- generasjonen
- Tyskland
- få
- Grid
- Ha
- å ha
- helium
- hjelpe
- Høy
- høyere
- hold
- holder
- HTTPS
- stort
- hekk
- hydrogen
- Tenning
- bilde
- viktig
- in
- stadig
- informasjon
- Institute
- hensikt
- utstedelse
- IT
- DET ER
- selv
- Japan
- Japans
- jpg
- hoppe
- stor
- i stor grad
- laser
- lasere
- Siste
- I fjor
- siste
- Sannsynlig
- grenseløs
- Lav
- laget
- Magnetfelt
- Mainstream
- større
- GJØR AT
- max bredde
- Meltdown
- milepæl
- millioner
- utvunnet
- mer
- gjensidig
- nasjonal
- Natur
- Nær
- nødvendig
- Trenger
- nødvendig
- behov
- Nøytral
- nøytroner
- Ny
- kjernekraft
- Kjernefysisk fusjon
- of
- on
- ONE
- ordrer
- Annen
- andre
- produksjon
- Overcome
- Oxford
- Papir
- partikkel~~POS=TRUNC
- passerer
- Fysikk
- pilot
- Sted
- Pest
- planter
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- i tillegg til
- Point
- poeng
- mulig
- potensiell
- makt
- kraftverk
- kraftig
- tidligere
- pris
- prinsipp
- Problem
- problemer
- prosess
- produsere
- løfte
- protoner
- forutsatt
- publisert
- Skyv
- Stråling
- SJELDEN
- Sats
- reaksjon
- reaksjoner
- redusere
- redusere
- registrering
- forblir
- Krever
- forskning
- forskere
- Richard
- rom
- sier
- Vitenskap
- forskere
- Sekund
- halvledere
- Serien
- flere
- Signal
- signaler
- Silicon
- liten
- So
- noen
- sofistikert
- kilde
- Sparks
- stå
- Still
- sterk
- Studer
- i det vesentlige
- slik
- ta
- lag
- Teknisk
- Technologies
- ti
- Det
- De
- Storbritannia
- deres
- Dem
- derved
- tenker
- tre
- Gjennom
- thumbnail
- tid
- til
- sammen
- Tony
- også
- sant
- Turning
- Uk
- Til syvende og sist
- universitet
- University of Oxford
- us
- vanligvis
- verdi
- Avfall
- Vei..
- VI VIL
- hvilken
- mens
- vil
- med
- uten
- Arbeid
- ville
- år
- zephyrnet