Die Erzeugung endloser Energie ohne Emissionen durch einfaches Zusammenschlagen von Wasserstoffatomen ist seit Jahrzehnten ein Wunschtraum. Dank eines futuristischen Experiments und Dutzender Plasmakanonen können Wissenschaftler der realisierbaren Fusionskraft jetzt einen winzigen Schritt näher kommen.
An der Maschine befinden sich 18 von 36 Plasmakanonen, mit denen die Fusionsleistung Wirklichkeit werden könnte. Diese Waffen sind die Schlüsselkomponenten des Plasma Liner Experiments (PLX) des Los Alamos National Laboratory, das einen neuen Ansatz für das Problem verwendet. Wenn PLX funktioniert, werden zwei existierende Methoden zum Zuschlagen von Einzelprotonen-Wasserstoffatomen zu Zwei-Protonen-Heliumatomen kombiniert. Dieser Prozess erzeugt enorme Energiemengen pro Kraftstofffleck, viel mehr als die Spaltung schwerer Atome (Spaltung). Die Hoffnung ist, dass die in PLX entwickelte Methode Wissenschaftlern beibringen wird, wie diese Energie effizient genug erzeugt werden kann, um sich für den Einsatz in der Praxis zu lohnen.
Das Versprechen der Fusion ist, dass sie Tonnen von Energie produziert. Jedes Mal, wenn zwei Wasserstoffatome zu Helium verschmelzen, wandelt sich ein kleiner Teil ihrer Materie in eine ganze Menge Energie um.
Das Problem der Fusion ist, dass niemand herausgefunden hat, wie man diese Energie auf nützliche Weise erzeugt.
Die Prinzipien sind einfach genug, aber die Ausführung ist die Herausforderung. Im Moment gibt es auf der Welt viele Wasserstoff-Fusionsbomben, die blitzschnell ihre gesamte Energie freisetzen und sich selbst (und alles andere kilometerweit) zerstören können. Das gelegentliche Kind schafft es sogar, einen winzigen, ineffizienten Fusionsreaktor in seinem Spielzimmer zu bauen. Bestehende Fusionsreaktoren verbrauchen jedoch mehr Energie als sie erzeugen. Bisher ist es niemandem gelungen, eine kontrollierte, anhaltende Fusionsreaktion zu erzeugen, die mehr Energie ausspuckt, als von der Maschine verbraucht wird, die die Reaktion erzeugt und enthält.
Die erste der beiden Methoden, die PLX kombiniert, wird als magnetischer Einschluss bezeichnet. Dies wird in Fusionsreaktoren verwendet, die als Tokamaks bezeichnet werden und leistungsstarke Magnete verwenden, um das überhitzte, ultradichte Plasma der Schmelzatome in der Maschine zu suspendieren, damit es weiter verschmilzt und nicht entweicht. Die größte davon ist ITER, eine 25.000 Tonnen (23.000 Tonnen) schwere Maschine in Frankreich. Dieses Projekt war jedoch mit Verzögerungen und Kostenüberschreitungen konfrontiert, und selbst optimistische Prognosen deuten darauf hin, dass es erst in den 2050er Jahren abgeschlossen sein wird, wie die BBC 2017 berichtete.
Der zweite Ansatz wird als Trägheitsbegrenzung bezeichnet. Das Lawrence Livermore National Laboratory, eine weitere Einrichtung des Energieministeriums, verfügt über eine Maschine namens National Ignition Facility (NIF), die diesen Weg zur Fusion einschlägt. Das NIF ist im Grunde ein sehr großes System zum Abfeuern von superstarken Lasern auf winzige Brennstoffzellen, die Wasserstoff enthalten. Wenn die Laser auf den Brennstoff treffen, erwärmt sich der Wasserstoff und schmilzt in der Brennstoffzelle. Das NIF ist betriebsbereit, erzeugt jedoch nicht mehr Energie als es verbraucht.
Laut einer Aussage der American Physical Society (APS) unterscheidet sich PLX ein wenig von beiden. Es verwendet Magnete, um seinen Wasserstoff zu enthalten, wie ein Tokamak. Dieser Wasserstoff wird jedoch durch heiße Plasmastrahlen, die aus den um die Kugelkammer des Geräts angeordneten Pistolen schießen, auf Schmelztemperaturen und -drücke gebracht, wobei die Pistolen anstelle von Lasern verwendet werden, wie sie bei NIF verwendet werden.
Die Physiker, die das PLX-Projekt leiten, haben laut APS einige frühe Experimente mit den bereits installierten 18 Kanonen durchgeführt. Diese Experimente haben Forschern frühe Daten darüber geliefert, wie sich die Plasmastrahlen verhalten, wenn sie in der Maschine kollidieren, und Forscher haben diese Daten gestern (21. Oktober) auf der Jahrestagung der APS-Abteilung für Plasmaphysik in Fort Lauderdale, Florida, vorgestellt. Diese Daten sind wichtig, sagten die Forscher, da es widersprüchliche theoretische Modelle gibt, wie sich Plasma genau verhält, wenn es bei solchen Kollisionen kollidiert.
Los Alamos sagte, dass das Team hofft, die verbleibenden 18 Kanonen Anfang 2020 zu installieren und bis Ende des Jahres Experimente mit der vollen 36-Plasma-Kanonenbatterie durchzuführen.
