Kernfusie levert voor het eerst rendement

18 december 2022 door een van onze medewerkers

Dwarsdoorsnede van de kolossale kernfusiereactor die de landen van de wereld in Zuid Frankrijk bouwen

Voor het eerst zijn mensen er in geslaagd om meer energie uit een kernfusiereactie te halen dan de energie die nodig is om het proces te starten. Het lijkt nog weinig: 1,5 keer zoveel energie gelijk aan ongeveer de energie van anderhalf pond TNT,, maar het is als in de woorden van maanpionier Armstrong 'one small step for man, one giant leap for mankind'. De technische moeilijkheden die overwonnen moesten worden om zoiets te presteren zijn vergelijkbaar kolossaal.

Niet vergelijkbaar is de zichtbaarheid. Werd de maanlanding overal live uitgezonden, dit vond in stilte plaats in de laboratoria van het Lawrence Livermore National Laboratory en federaal onderzoeksinstituut in Californië.

DOE-secretaris Jennifer Granholm vertelt over de prestatie van het Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) Granholm de wetenschappelijke prestaties van de 21e eeuw", met de eerste vlucht van de gebroeders Wright bij Kitty Hawk.

Tijdens een persconferentie op het hoofdkantoor van het Amerikaanse ministerie van Energie (DOE) in Washington D.C. maakten ambtenaren van de betrokken wetenschapsafdelingen van de overheid bekend dat men er op 5 december 2022 in Californië bij de National Ignition Facility voor het eerst in geslaagd was in een experiment een netto resultaat aan energie uit een fusiereactie te krijgen.

'Het repliceren van ontsteking in het laboratorium kan de weg banen om kernfusie op een dag een levensvatbare optie voor schone energie te laten worden.'

NIF-wetenschappers schoten de 192 krachtige lasers van de faciliteit op een doelwit van deuterium en tritium (DT), zwaardere isotopen van waterstof. In dit experiment werd de laserenergie echter verhoogd tot 2,05 MJ, en de omstandigheden van implosiesymmetrie, warmte en compressie waren precies goed, waardoor een recordbrekende energie-output van 3,15 MJ werd gegenereerd.

"Er is een race tussen opwarmen en afkoelen en als dat plasma een beetje heter wordt, gaat de fusiereactiesnelheid omhoog, waardoor nog meer fusies ontstaan, die nog heter worden - dus de vraag is, kunnen we de race winnen?" zei directeur fysica en ontwerp Mark Herrmann. “Vele decennia lang verloren we de race en kregen we meer afkoeling dan dat we opwarmden, dus kwamen we niet bij dit ontstekingsmoment. Maar maandag 5 december veranderde dat allemaal, en we waren in staat om de race te winnen en het fusieplasma zeer sterk te verhitten tot zeer hoge temperaturen.”

Beschouwd als de "heilige graal" van het onderzoek naar fusie-energie, komt de ontsteking iets meer dan een jaar nadat NIF een toenmalig record van 1,3 megajoule bereikte, wat ongeveer 70 procent van de energie produceerde die via fusiereactie in het experiment werd gestoken, waardoor NIF op de drempel van de de huidige mijlpaal kwam.

Onderzoekers schreven het succes toe aan een combinatie van verbeteringen in het doelontwerp, betere voorspellende modellering ondersteund door machine learning en "cognitieve simulatie", vooruitgang in lasermogelijkheden en verdere aanpassingen.

Hoogtepunt van 60 jaar onderzoek

In aanwezigheid van leden van het Congres, hoogwaardigheidsbekleders en directeuren van nationale laboratoria vierden sprekers de prestatie als hoogtepunt van 60 jaar onderzoek en experiment in ICF door generaties wetenschappers van LLNL en medewerkers in de industrie, de academische wereld en andere DOE nationale laboratoria , zoals Los Alamos en Sandia.