Anonim

Ny tilgang kan betyde break-even nucleaire fusion reaktioner inden for 2-3 år

Energi

Darren Quick

16. november 2010

Et aluminium z-pinch målrør installeret i Z-maskine på Sandia Labs

Selv med alle de udviklinger, der foregår inden for områderne alternativ energi som sol- og vindkraft, er atomfusion stadig den hellige gral ren elproduktion. Men efter årtier af verdensomspændende forskning, der koster milliarder af dollars, er målet om at opnå "net-gain", hvor mere energi produceres end nødvendigt for at udløse fusionskædereaktionen, stadig forbavsende. Nu hævder forskere ved Sandia Labs et gennembrud, der kan se break-even fusion reaktioner på så lidt som to til tre år.

Forskning på at producere energi fra havvand ved hjælp af kontrolleret nuklear fusion foregår på en række forskellige fronter. At bringe to lette atomkerner sammen med tilstrækkelig kraft, som de smelter, hvilket resulterer i en tungere kerne og en stor mængde energi, ser nogle tilgange på brugen af ​​kraftige lasere, mens andre fokuserer på superledende magneter kaldet tokamaks, i hvad er kendt som magnetiseret målfusion (MTF).

Z-pinch

Endnu en anden tilgang involverer Z-pinch - en type plasmaindeslutningssystem, der anvender en elektrisk strøm i plasmaet (i det væsentlige en ionssky) for at danne et magnetfelt, der komprimerer det. Pinchmetoden, som Sandia kalder en mørkhestkonkurrent i fusionsløbet, kontraherer plasma så pludseligt og tæt, at hydrogenisotoper fra havvand, der er placeret i en kapsel i plasmaet, bør smelte.

Indtil nu har ustabiliteter kendt som magneto-Rayleigh-Taylor (MRT) ustabiliteter, der opstår, hvor elektromagnetiske kræfter bruges til at klemme plasma, vist sig at være en hindring for processen. Denne ustabilitet krymper hurtigt det cylindrisk kontraherende plasma, indtil det ligner en række pølser eller nogle andre lige så ubrugelige former, hvilket derved forårsager tab af den perfekte symmetri af kræfter, der er nødvendige for at smelte materialet.

Så selvom hurtige Z-pinches, der finder sted på mindre end 100 nanosekunder, allerede har vist sig at være vellykkede med at skabe fusion (som det fremgår af produktionen af ​​nogle neutroner), har MRT-ustabilitet været en væsentlig årsag til, at der ikke er produceret nok neutroner til give en kilde til pålidelig elektrisk strøm.

Ledninger vs fast aluminium liner

Traditionelt ville forskere bruge en række spidery-ledninger til at skabe en komprimeret, røntgengenererende ionsky. Røntgenstrålerne blev derefter brugt til at komprimere fusionsbrændstoffet. Ledningerne var kendt for at være kilden til MRT-problemet, fordi selv små dips i en nuværende bærende overflade - ufuldkommenheder kun 10 nanometer i amplitude - kan vokse eksponentielt i amplitude til millimeter skalaer.

Da det var umuligt at reproducere sådanne ufuldkommenheder med ledningerne for at gøre dem i stand til at studere ustabiliteten, foreslog Sandia-forsker Steve Slutz, at de magnetiske knibningskræfter kunne bruges til direkte at smelte brændstof ved at komprimere en solid aluminiumforing rundt fusionsmateriale, der var forvarmet af en laser .

Mens nøjagtig ætsning ikke var en mulighed for de skrøbelige trådarrayer, kunne forskerne ætse aluminiumsforingen, hvilket skabte ustabilitet i den grad, de ønskede, og dermed tillod dem at måle væksten af ​​MRT-ustabiliteter. Disse nye data kunne derefter bruges til at skabe mere præcise simuleringer og gøre det muligt for forskerne bedre at tilpasse betingelserne for fremtidige Z-skud, mere effektivt at bekæmpe ustabilitetsvirkningen.

Forskerne mener, at Z-maskine med tykke linjer og kontrol af MRT kunne opnå en effekt på 100 kilojoule for at matche indgangen på 100 kilojoule i så lidt som to eller tre år.

"Det ville være videnskabeligt break-even, " sagde projektledende Daniel Sinars. "Ingen har opnået det."

Sandia Labs-undersøgelsen er rapporteret i et dokument i 29. oktober udgaven af Physical Review Letters .

Et aluminium z-pinch målrør installeret i Z-maskine på Sandia Labs

Anbefalet Redaktørens Valg