Die Greenwald-Grenze wurde abgerissen

In Xataka haben wir oft über die Herausforderungen gesprochen, die Menschen, die auf dem Gebiet der Kernfusion forschen, bewältigen müssen, damit die ersten kommerziellen Reaktoren entstehen einen guten Hafen erreichen. Wir haben über die Notwendigkeit gesprochen, neue Stahlsorten zu entwickeln, die durch den Aufprall energiereicher Neutronen minimal aktiviert werden können; darüber, wie wichtig es ist, das Plasma zu stabilisieren und Turbulenzen usw. zu kontrollieren.

Bisher haben wir jedoch nur kurz auf den Grund eingegangen, warum jeder neue experimentelle Kernfusionsreaktor größer ist als der vorherige. Tatsächlich, wenn Sie Ihre ITER-Montage abschließen (Internationaler thermonuklearer Versuchsreaktor), die Fusionsmaschine, die von einem internationalen Konsortium unter europäischer Führung in der französischen Stadt Cadarache gebaut wird, wird der größte Versuchsreaktor auf der Erde sein. Und es wird natürlich kein Zufall sein.

Kernfusion und das Greenwald-Limit

In experimentellen Kernfusionsreaktoren wie ITER halten Wissenschaftler geladene Deuterium- und Tritiumkerne mithilfe eines Magnetfelds fest. Was passiert ist, dass dieses Feld, egal wie stark es ist, immer eine Intensitätsgrenze hat und die Teilchen bei ihrer Erzeugung sehr unterschiedliche Energien annehmen. Manche haben viel Energie, andere hingegen nehmen wenig Energie auf. Reaktoringenieure sind in der Lage, die durchschnittliche Energie einzudämmen, aber die Teilchen, die diesen Energiewert überschreiten, haben die Fähigkeit, dem Magnetfeld zu entkommen.

Das Problem besteht darin, dass beim Entweichen vieler Teilchen viel Energie verloren geht und die Fusionsreaktion nicht über die Zeit aufrechterhalten werden kann. Glücklicherweise kann diese Herausforderung durch Modulation der Magnetfelder gelöst werden zunehmende Plasmagröße. Aus diesem Grund ist jeder Versuchsreaktor größer als der letzte. Wissenschaftler gehen davon aus, dass ITER die richtige Größe hat, denn je mehr Teilchen sich um eines herum befinden, das entkommen möchte, desto wahrscheinlicher ist es, dass es ein anderes auf seinem Fluchtweg trifft und sich umdreht oder seine Energie abgibt.

Letztlich geht es den Wissenschaftlern, die sich mit der Kernfusion befassen, darum, dass die entweichende Energie so gering ist, dass es innerhalb der Reaktion nicht zu einem sinkenden Energieniveau kommt. Dies ist bei JET bereits gelungen, jedoch nur für kurze Zeit, da der Aufwand mangels Größe, stark vereinfacht betrachtet, nicht über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Wie dem auch sei, es gibt gerade gute Neuigkeiten. Und eine Forschungsgruppe des amerikanischen Unternehmens General Atomics hat in Nature einen Artikel veröffentlicht, der einen wesentlichen Beitrag auf diesem Gebiet leistet.

Die Greenwald-Grenze legt den maximalen Dichtewert fest, den der Brennstoff in der Vakuumkammer eines Kernfusionsreaktors erreichen kann. Theoretisch durch Überschreiten dieses Wertes innerhalb eines Reaktors Tokamak Es kann zu Störungen kommenDabei handelt es sich um ein Ereignis, bei dem das Plasma destabilisiert wird, der magnetische Einschluss unterbrochen wird und die Fusionsreaktion aufhört. Eine Störung kann schwere Schäden an den Innenwänden der Vakuumkammer verursachen, abhängig von der Energie der Partikel, die dem Einschluss entkommen und auf sie aufprallen.

Das Überschreiten der Greenwald-Grenze garantiert nicht, dass es zu einer Störung kommt, wohl aber für Physiker und Ingenieure, die mit Reaktoren arbeiten Tokamak Bisher betrachteten sie diesen Parameter als ein Hindernis, das sie nicht ignorieren konnten. Der Beitrag der Wissenschaftler von General Atomics ist sehr relevant, da es ihnen gelungen ist, empirisch Arbeitsbedingungen nachzuweisen, die es ihnen ermöglicht haben, die Stabilität des Plasmas mit einer Dichte von 20 % über der Greenwald-Grenze für 2,2 Sekunden aufrechtzuerhalten.

In ihrem Experiment verwendeten sie einen Reaktor Tokamak mit einem Radius von 1,6 Metern (ITER wird einen Radius von nicht weniger als 6,2 Metern haben) und einem Gas, das Deuteriumkerne enthält (der ITER-Brennstoff wird sowohl Deuterium- als auch Tritiumkerne enthalten). Wie wir gesehen haben, ist es sehr wichtig, dass die Dichte des Plasmas hoch genug ist, um die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens zu minimieren. erhebliche Energieverluste verursacht durch Partikel, die es schaffen, dem magnetischen Einschluss zu entkommen. Und jetzt die Forscher, die mit Reaktoren arbeiten Tokamak Sie wissen, dass es möglich ist, die Greenwald-Grenze zu überschreiten, um mit der für die Aufrechterhaltung der Fusionsreaktion erforderlichen Dichte zu arbeiten. Es besteht kein Zweifel, dass es großartige Neuigkeiten sind.

Bild | Allgemeine Atomik

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In Xataka | Wenn die Kernfusionsenergie endlich kommerziell verfügbar wird, verdanken wir dies größtenteils diesem Reaktor. Und es ist nicht ITER