Fysiker i USA och Japan har för första gången observerat kärnfusion mellan protoner och bor-11-atomer i en magnetiskt begränsad plasma. De säger att resultatet visar potentialen för proton-borfusion som en riklig, ekonomisk energikälla. Men andra varnar för att den vetenskapliga grunden för en sådan energikälla i stort sett fortfarande är obevisad och att enorma tekniska hinder står i vägen för kommersiella kraftverk.
Alla former av fusion har löftet om nästan obegränsad, ren baslastenergi utan problemen med eventuell härdsmälta och långlivat avfall som plågar klyvning. Men proton-bor (s11B) fusion ger ett par ytterligare fördelar jämfört med de mer vanliga reaktionerna som involverar väteisotoperna deuterium och tritium.
Bor kan lätt brytas medan tritium är sällsynt på jorden och svårt att producera artificiellt. Proton-borreaktionerna producerar också tre heliumatomer (alfapartiklar) – vars energi i princip skulle kunna omvandlas direkt till elektricitet – samtidigt som de inte genererar några neutroner och därmed avsevärt minskar den radioaktiva kontamineringen av reaktorkomponenter.
Men dessa pluspoäng har ett pris. Deuterium-tritiumfusion i sig kräver enorma temperaturer för att övervinna kärnornas ömsesidiga avstötning – runt 100 miljoner kelvin. Men proton-borreaktioner behöver fortfarande mycket mer extrema förhållanden - cirka 1.5 miljarder kelvin.
Som författare till den senaste forskningen förklara i en tidning publicerad i Nature Communications, ju högre en plasmas temperatur desto mer energi strålas vanligtvis bort i form av synkrotron- och bremsstrahlung-strålning. Detta, påpekar de, gör det svårare att generera mer energi genom fusionsreaktioner än vad som behövs för att driva en reaktor – ett stort problem när en kommersiell anläggning sannolikt behöver en energivinst på minst 50 för att övervinna ineffektivitet i kraftgenereringen bearbeta.
Det nya arbetet utfördes av Richard Magee och kollegor på det kaliforniska fusionsföretaget TAE Technologies tillsammans med forskare vid National Institute for Fusion Science i Toki, Japan. Forskarna gjorde sina experiment på institutets Large Helical Device (LHD), en stellarator med det nödvändiga fusionsbränslet redan på plats – protonerna avfyras i neutrala strålar med hög energi medan borpulver sprutas in i plasman för att minska föroreningar.
TAE tillhandahöll detektorn, som förlitade sig på en delvis utarmad kiselhalvledare som genererade en ström när den träffades av alfapartiklar. Den gjordes för att undvika att felaktigt registrera signaler från röntgenstrålning och annan plasmastrålning genom att vinklas bort från kärnplasman och låta de laddade alfapartiklarna styras dit av LHD:s stora magnetfält.
Forskarna utförde flera dussin experimentella skott i februari förra året. De observerade fusionsreaktioner genom att jämföra signalen på deras detektor före och efter att de slog på de neutrala strålarna samt att utföra några skott utan borpulver. Först när de hade både neutrala strålar och borpulver fick de ett hopp i produktionen – vars exakta värde sa att de producerade cirka 1012 fusionsreaktioner per sekund, vilket stämde överens med datorsimuleringar.
kommande utmaningar
Detta är inte den första demonstrationen av proton-borfusion – forskare har tidigare observerat det med hjälp av partikelacceleratorer och kraftfulla lasrar. Men det amerikansk-japanska samarbetet hävdar att det är viktigt att studera reaktionen där den i slutändan skulle utnyttjas – inuti ett magnetiskt instängt, termonukleärt plasma. Forskarna erkänner att mycket mer arbete behöver göras, men är övertygade om att TAE kommer att uppnå energivinst i en av sina enheter.
TAE säger sig faktiskt vara på god väg mot kommersiell fusionsenergi. Företaget har byggt en serie av allt mer sofistikerade reaktorer för att utforska fält-omvänd konfigurationsfusion, vilket innebär att man avfyrar plasmapulser i en kammare och håller dem på plats magnetiskt genom att rotera dem. Ingen av enheterna har hittills visat proton-bor-fusion - dess nuvarande "norman"-reaktor som använder en väteplasma - men företaget säger att det avser att skicka el till nätet från ett pilotproton-bor-kraftverk i början av 2030-talet.
National Ignition Facility's milstolpe för tändning sätter igång ett nytt tryck för laserfusion
Peter Norreys, en plasmafysiker vid University of Oxford i Storbritannien, säger att forskarna har gjort "ett bra jobb" i sina experiment. Men han hävdar att proton-borfusion fortfarande är långt ifrån att konkurrera med deuterium-tritium-reaktioner. En potentiell komplikation, säger han, är behovet av relativistiska beskrivningar av plasmadynamik vid så höga temperaturer. Han tror också att det är troligt att bremsstrahlung-strålning kan försämra plasmainneslutningen genom att erodera en reaktors inre ytor.
Forskare vid EUROfusion-konsortiet i Garching, Tyskland, är också bevakade. Tony Donné, Hartmut Zohm och Volker Naulin berättade Fysikvärlden att den observerade reaktionshastigheten i de senaste experimenten är cirka tio storleksordningar för liten för att vara användbar för fusionsenergi (med hänsyn till proton–bors låga effekttäthet).
De hyser "starka tvivel" på att det någonsin kommer att vara möjligt att uppnå de vinster som behövs för kommersiell kraftgenerering, och varnar för att bremsstrahlung-strålningen faktiskt kan vara så stark att den överstiger den effekt som behövs för att värma och kontrollera plasman - vilket får plasman att kollaps.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Källa: https://physicsworld.com/a/proton-boron-fusion-passes-scientific-milestone/
- :är
- 1
- 100
- a
- Om oss
- AC
- acceleratorer
- Konto
- Uppnå
- bekräfta
- Annat
- Efter
- alfa
- redan
- och
- ÄR
- argumenterar
- runt
- AS
- At
- Författarna
- grund
- BE
- innan
- Där vi får lov att vara utan att konstant prestera,
- mellan
- Miljarder
- Bringar
- byggt
- by
- KAN
- bär
- orsakar
- Klimatkammare
- laddad
- hävdar
- samverkan
- Collapse
- kollegor
- komma
- kommersiella
- företag
- jämfört
- jämförande
- komponenter
- dator
- villkor
- säker
- konfiguration
- konsortium
- kontroll
- konverterad
- Kärna
- kunde
- Par
- Aktuella
- Datum
- demonstreras
- demonstrerar
- densitet
- anordning
- enheter
- DID
- svårt
- direkt
- dussin
- Dynamiken
- Tidig
- jord
- lätt
- el
- energi
- enorm
- NÅGONSIN
- överstiger
- utnyttjas
- utforska
- extrem
- Facility
- Februari
- fält
- änden
- bränning
- Firm
- Förnamn
- första gången
- För
- formen
- former
- färsk
- från
- Bränsle
- sammansmältning
- Få
- resultat
- generera
- generera
- generering
- Tyskland
- skaffa sig
- Rutnät
- Har
- har
- helium
- hjälpa
- Hög
- högre
- hålla
- innehav
- HTTPS
- stor
- häck
- Hydrering
- Ignition
- bild
- med Esport
- in
- alltmer
- informationen
- Institute
- avser
- fråga
- IT
- DESS
- sig
- Japan
- Japans
- jpg
- hoppa
- Large
- till stor del
- Lasern
- lasrar
- Efternamn
- Förra året
- senaste
- sannolikt
- gränslös
- Låg
- gjord
- Magnetiskt fält
- Vanliga
- större
- GÖR
- max-bredd
- Härdsmälta
- milstolpe
- miljon
- minerade
- mer
- ömsesidigt
- nationell
- Natur
- Nära
- nödvändigt för
- Behöver
- behövs
- behov
- Neutral
- neutroner
- Nya
- nukleär
- Kärnfusion
- of
- on
- ONE
- ordrar
- Övriga
- Övrigt
- produktion
- Övervinna
- oxford
- Papper
- partikel
- passerar
- Fysik
- Föraren
- Plats
- Plague
- växter
- Plasma
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- plus
- Punkt
- poäng
- möjlig
- potentiell
- kraft
- kraftverk
- den mäktigaste
- tidigare
- pris
- Principen
- Problem
- problem
- process
- producera
- löfte
- protoner
- förutsatt
- publicerade
- Tryck
- Strålning
- SÄLLSYNT
- Betygsätta
- Reaktionen
- reaktioner
- minska
- reducerande
- registrera
- resterna
- Kräver
- forskning
- forskare
- Richard
- Rum
- säger
- Vetenskap
- vetenskapsmän
- Andra
- halvledare
- Serier
- flera
- Signal
- signaler
- Kisel
- Small
- So
- några
- sofistikerade
- Källa
- Sparks
- stå
- Fortfarande
- stark
- Läsa på
- väsentligen
- sådana
- tar
- grupp
- Teknisk
- Tekniken
- tio
- den där
- Smakämnen
- Storbritannien
- deras
- Dem
- vari
- tänker
- tre
- Genom
- miniatyr
- tid
- till
- tillsammans
- Tony
- alltför
- sann
- Vrida
- Uk
- Ytterst
- universitet
- University of Oxford
- us
- vanligen
- värde
- Avfall
- Sätt..
- VÄL
- som
- medan
- kommer
- med
- utan
- Arbete
- skulle
- år
- zephyrnet