Forskare har uppnått en ny milstolpe inom kärnfusion genom att skapa brinnande plasma för första gången

På onsdagen sa amerikanska regeringsforskare att de hade uppnått ett avgörande steg mot kärnfusion, processen som driver stjärnor, en livskraftig energikälla för mänskligheten.

Med hjälp av världens största laser inducerade forskarna fusionsbränsle att värma upp över den värme de först injicerade i det, vilket etablerade ett fenomen som kallas brinnande plasma som markerade ett steg mot självuppehållande fusionsenergi.

Mängden producerad ström var minimal: ungefär motsvarande nio nio volts batterier som används för att driva brandvarnare och andra små enheter. Tester vid en Lawrence Livermore National Laboratory-anläggning i Kalifornien var dock en vattendelare i det decennier långa försöket att fånga fusionsenergi, även när experter betonade att mer arbete behövdes.

Effekten som genererades var minimal, ungefär samma som de nio 9-voltsbatterier som användes för att driva brandvarnarna. Försöken vid en Lawrence Livermore National Laboratory-anläggning i Kalifornien var ett avgörande ögonblick i den decennier långa ansträngningen att fånga fusionsenergi; Forskarna betonade dock att det behövs mer arbete under de kommande åren.

Kärnfusion, som är fusionen av atomkärnor för att frigöra energi, användes i tester för att uppnå självuppvärmning av materia i plasmatillstånd. Tillsammans med fast, flytande och gas är plasma ett av materiens fyra tillstånd.

“Om du vill göra upp en lägereld måste du värma elden tillräckligt så att veden kan fortsätta brinna”, säger Alex Zylstra, en experimentell fysiker vid Lawrence Livermore National Laboratory, en del av U.S.A. Department of Energy, och huvudförfattare. av forskningen publicerad i tidskriften Nature.

“Detta är en bra analogi för en brinnande plasma, där fusionen nu börjar bli självförsörjande,” sa Zylstra.

192 laserstrålar riktades mot ett litet mål innehållande en kapsel mindre än en tiondels tum i diameter fylld med fusionsbränsle bestående av plasma av deuterium och tritium, två isotoper eller former av väte.

När deuterium- och tritiumkärnor smälter samman vid extremt höga temperaturer uppstår en neutron och en positivt laddad partikel som kallas en “alfapartikel”, och energi frigörs.

“Fusion kräver att vi har bränslet otroligt varmt för att det ska brinna, som en vanlig eld, men för fusion behöver vi ungefär hundra miljoner grader (Fahrenheit). I decennier har vi kunnat utlösa fusionsreaktioner i experiment genom att lägga mycket värme i bränslet, men detta är inte tillräckligt bra för att producera nettoenergi från fusion, säger Zylstra.

“Nu var det för första gången fusionsreaktioner i bränslet som stod för det mesta av uppvärmningen, så fusion börjar dominera den uppvärmning vi gjorde. “Detta är en ny regim som kallas att bränna plasma,” sade Zylstra.

Till skillnad från klyvningsprocessen som används i befintliga kärnkraftverk ger fusion rikligt med energi utan föroreningar, radioaktivt avfall eller utsläpp av växthusgaser. Detta beror på att atomer splittras för att producera kärnklyvningsenergi. Istället genereras fusionsenergi genom att smälta atomer, precis som det händer inuti stjärnor som vår sol.

En framtid för fusionsenergi eftersträvas också av projekt inom den privata sektorn, inklusive hundratals företag och organisationer, med några stora oljebolag som till och med investerar.

Enligt Zylstra producerade Fusion ungefär tio gånger den energi som användes för att värma bränslet i dessa experiment, men mindre än tio procent av den totala mängden laserenergi eftersom processen fortfarande är ineffektiv. I varje experiment användes lasern bara i cirka tio miljarddelar av en sekund, och fusionsproduktionen varade i 100 miljarddelar av en sekund, enligt Kritcher.

“Att göra fusion till verklighet är en enormt komplex teknisk utmaning och kommer att kräva enorma investeringar och innovation för att göra det praktiskt och ekonomiskt,” sa Zylstra.

“Jag ser fusion som en utmaning i dekadisk skala för att göra den till en livskraftig energikälla.”