Zum ersten Mal in der Geschichte der Menschheit! Die “künstliche Sonne” hat einen großen Durchbruch erzielt, und die Solarenergie aus Erdöl kann vollständig abgeschafft werden

Nach Jahrzehnten ist der Meilenstein der kontrollierten Kernfusion endlich da.

Zum ersten Mal in der Geschichte haben Menschen eine kontrollierbare Kernfusion erreicht, bei der die Ausgangsenergie größer ist als die Eingangsenergie.

Dieser Vorgang wird "Zündung" genannt.

Der erste bedeutende Energiefortschritt in der Geschichte der Menschheit war die Kontrolle und Nutzung des Feuers.

Jetzt halten wir die Fackel wieder hoch, damit die künstliche Sonne keine Fantasie mehr ist.

Meilenstein in Jahrzehnten, großer Schritt für „künstliche Sonne“

Am 13. Dezember gab das kalifornische Lawrence Livermore National Laboratory bekannt, dass es auf dem Weg zur kontrollierten Kernfusion zum ersten Mal erfolgreich einen „Nettoenergiegewinn“ (d. h. die erzeugte Energie übersteigt die verbrauchte Energie) in einer Kernfusionsreaktion erzielt hat einen Schritt weiter.

Diese ungewohnten Begriffe können die Leute verwirren.Lassen Sie uns zuerst das Konzept der "kontrollierbaren Kernfusion" verstehen.

Kernfusion ist die Verschmelzung von zwei leichteren Kernen zu einem schwereren Kern, wodurch Energie freigesetzt wird.

Die Fusionsreaktion, die am einfachsten in der Natur zu realisieren ist, ist die Fusion von Wasserstoffisotopen – Deuterium und Tritium. Diese Reaktion hat auf der Sonne 5 Milliarden Jahre gedauert. Sterne sind tatsächlich einzelne natürliche Kernfusionsgeräte.

Im Vergleich zur Kernspaltung und der Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die Kernfusion viele Vorteile:

Es emittiert keinen Kohlenstoff und erzeugt keine nukleare Strahlung und keinen nuklearen Abfall wie die Kernspaltung; da die Kernfusion extrem hohe Temperaturen erfordert, stoppt die Fusionsreaktion automatisch, sobald die Temperatur des Brennstoffs sinkt; eine kleine Tasse Wasserstoffbrennstoff kann dies theoretisch tun für ein Haus verwendet werden. Liefern Energie für Hunderte von Jahren.

Daher ist Fusionsenergie eine nahezu unbegrenzte, saubere und sichere neue Energiequelle.

Was wäre, wenn Menschen die Fusionsreaktion der Sonne kontrolliert nachbilden könnten?

Diese Vision einer kontrollierbaren Kernfusion ist allgemein als „künstliche Sonne“ bekannt.

Das ultimative Ziel der kontrollierbaren Kernfusion ist es, Deuterium, das in großen Mengen im Meerwasser vorhanden ist, unter Hochtemperaturbedingungen einer Kernfusion zu unterziehen, die Menschen mit einem stetigen Strom sauberer Energie zu versorgen, fossile Rohstoffe und konventionelle Kernenergie zu ersetzen , und weitaus weniger Ressourcen zu verbrauchen als Solar- und Windenergie.

Die Kernfusion der Sonne wird jedoch durch das Gravitationsfeld ihrer eigenen Gravitation eingeschränkt, die wir auf der Erde nicht nachahmen können, gleichzeitig schaffen die hohe Temperatur und der hohe Druck auf der Sonne die notwendigen Bedingungen für die Fusionsreaktion .

Entsprechende Forschungen begannen in den 1950er Jahren.Was Wissenschaftler beunruhigt, ist, dass Fusionsreaktionen riesige Mengen an Energie verbrauchen und wie man dafür sorgen kann, dass die erzeugte Energie die verbrauchte Energie übersteigt. Noch schwieriger ist, dass die Energie kontinuierlich und stabil abgegeben werden muss, nicht nur ein Strohfeuer.

Am 5. Dezember realisierte das Lawrence Livermore National Laboratory durch die „Inertial Confinement Fusion“-Technologie schließlich die „Nettoenergiegewinn“-Fusionsreaktion, einen Schritt näher an die künstliche Sonne.

Die Forscher feuerten 192 riesige Laserstrahlen in eine goldbeschichtete schwarze Kammer von der Länge eines Radiergummis, und die intensive Energie erhitzte den Behälter, der Kraftstoffpartikel in der Größe von Pfefferkörnern enthielt, auf mehr als 3 Millionen Grad Celsius.

Der Laser wird kontinuierlich reflektiert und erhitzt und erzeugt schließlich Röntgenstrahlen . Die Röntgenstrahlen schälten die Oberfläche des Korns ab und lösten eine raketenartige Implosion aus, die Temperaturen und Drücke auf extreme Werte brachte, die nur in Sternen, Riesenplaneten und nuklearen Explosionen und der Tritiumfusion erreicht werden können.

Schließlich beträgt für einen Moment, der weniger als eine Billionstel Sekunde dauert, die Energie des Lasereingangs 2,05 Megajoule und die Energie der durch Fusion erzeugten Neutronen 3,15 Megajoule, letztere geteilt durch erstere, und der Energiegewinn ist größer als 1.

Nachhaltiger Strom, noch in ferner Zukunft

Obwohl die Fusionsreaktion des "Nettoenergiegewinns" realisiert wurde, ist es noch ein langer Weg, bis sie außerhalb der Laborumgebung praktiziert und sogar kommerziell genutzt werden kann.

Erstens spiegelt der „Nettoenergiegewinn“ nur die Fusionsreaktion selbst wider, nicht die 300 Megajoule, die für den Betrieb des Lasers benötigt werden . Der Umwandlungswirkungsgrad von elektrischer Energie zu Laser ist sehr gering, und wenn das Verhältnis von abgegebener elektrischer Energie zu zugeführter elektrischer Energie berechnet wird, beträgt der Energiegewinn weniger als 1.

Zweitens erfordert die Wiederherstellung dieser Fusionsreaktion in dem für die Energieerzeugung erforderlichen Maßstab enorme Ressourcen.

Und die Maschinen, die die erzeugte Energie ins Netz einspeisen, müssen die Ingenieure noch entwickeln.

Daher ist die Kernfusion noch mindestens zehn Jahre von der kommerziellen Nutzung entfernt, möglicherweise Jahrzehnte, und Kraftwerke sind sogar noch weit entfernt.

Derzeit wird der Laser des Lawrence Livermore National Laboratory nur etwa einmal am Tag abgefeuert, und die Kosten sind zu hoch, um in kurzer Zeit ein funktionsfähiges Kraftwerk zu bauen.

Auf einer Pressekonferenz sagte Kim Budil, Direktor von Lawrence Livermore, der Start stelle eine Fusionszündung dar, aber es müsse noch viel mehr getan werden, um eine kommerzielle Fusionsstromerzeugung zu erreichen, einschließlich „vieler Fusionszündungen pro Minute“.

Auch die Kernfusion lässt sich so schnell nicht in den Klimaschutz einbeziehen.

Julio Friedmann, Experte für Energietechnik, wies darauf hin, dass die jetzt erzielten Ergebnisse sehr wichtig sind: Wenn die Ausgangsenergie nicht größer als die Eingangsenergie ist, kann es keine Energiequelle sein. Aber es wird in den nächsten 20-30 Jahren keinen nennenswerten Beitrag zur Reduzierung des Klimas leisten, was der Unterschied zwischen dem Anzünden eines Streichholzes und dem Bau einer Gasturbine ist.

Um die Erwärmung auf die „sichere Grenze“ von 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, müssen wir bis 2050 Netto-Null-Emissionen erreichen. Sich auf die Kernfusion zu verlassen, um die Klimakrise zu überwinden, ist ein ferner Traum.

Riccardo Betti, Professor an der University of Rochester und Experte für Laserfusion, verglich diesen Durchbruch in der Kernfusion mit dem ersten Mal, als Menschen wussten, wie man Öl zu Benzin raffiniert :

"Du hast immer noch keinen Motor, du hast immer noch keine Reifen, du kannst nicht sagen, dass du ein Auto hast."

Die Menschheit hat einen großen Schritt gemacht, aber vielleicht liegen noch Zehntausende von Schritten vor uns.

Für die nächste Generation sauberer Energie rüstet sich die Welt

In den vergangenen Jahrzehnten haben viele Länder die kontrollierte Kernfusion vorangetrieben.

Der oben erwähnte Trägheitseinschluss ist eine der beiden gängigen Lösungen zur Realisierung einer kontrollierbaren Kernfusion, und die andere ist der magnetische Einschluss.

Tatsächlich stellt der magnetische Einschluss derzeit die Hauptrichtung für Länder dar, um die kontrollierbare Kernfusion anzugreifen.Das „Tokamak“-Gerät ist die bekannteste Methode der magnetischen Einschluss-Kernfusion.

Tokamak ist ein ringförmiges Gerät, das von begrenzten elektromagnetischen Wellen angetrieben wird, um eine Umgebung und eine ultrahohe Temperatur für die Fusion von Deuterium und Tritium zu schaffen und die menschliche Kontrolle über Fusionsreaktionen zu erreichen.

Der Ark-Reaktor in „Iron Man" ist ein bisschen wie ein Tokamak. Der Ark-Reaktor in der Stark Industrial Base und der Mini-Reaktor auf der Brust von Iron Mans Rüstung sind alle „Magnetic Confinement (Nuclear) Fusion Reactors".

Obwohl die steuerbare Kernfusionstechnologie und das Tokamak-Gerät zuerst im Ausland entstanden sind, hat unser Land erkannt, dass die Nachzügler die Nase vorn haben und an der Spitze der Welt stehen.

Chinas „künstliche Sonne“ EAST, die 2006 gebaut wurde, trägt den Namen „Full Supraconductor Tokamak Nuclear Fusion Experimental Device“, auch bekannt als „Oriental Super Ring“, und wurde vom Institute of Plasma Physics der Chinese Academy of Sciences in China gebaut Hefei, Anhui.

Ende 2021 erreichte EAST einen 1056 Sekunden dauernden Langpuls-Hochparameter-Plasmabetrieb, in dem die Elektronentemperatur fast 70 Millionen Grad Celsius betrug, und stellte damit einen Rekord für die längste Zeit für den Hochtemperatur-Plasmabetrieb einer Tokamak-Vorrichtung auf zu dieser Zeit.

Am 4. Dezember 2020 wurde eine neue Generation von „künstlichen Sonnen“-Geräten (HL-2M) fertiggestellt, die unabhängig vom CNNC Southwest Institute of Physics entwickelt und gebaut wurden.

Im Oktober dieses Jahres gelang HL-2M ein Durchbruch – der Plasmastrom überstieg 1 Million Ampere (1 Megaampere).

Der Tokamak-Fusionsreaktor muss in Zukunft stabil bei Megaampere arbeiten, daher markiert dieser Durchbruch auch, dass mein Land der Fusionszündung immer näher kommt.

Die „künstliche Sonne" ist ein wichtiges wissenschaftliches Thema von großer Bedeutung für die Welt. Angesichts der nächsten Generation sauberer Energie gehen die Länder Partnerschaften mit Interessenvertretern ein. Der repräsentativste ist der International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). gestartet im Jahr 2006. Projekt.

Es ist derzeit eines der größten und weitreichendsten internationalen Wissenschaftsprojekte der Welt, an dem China, die Europäische Union, die Vereinigten Staaten, Russland, Japan, Südkorea, Indien und weitere Mitgliedstaaten beteiligt sind. Gemeinsam von allen Ländern geschaffen ist derzeit der größte Kernfusionsreaktor der Welt im südfranzösischen Cadarache.

Die Montage des ITER-Körpers soll 2025 abgeschlossen sein, und in den nächsten Jahren werden ITER-Komponenten aus verschiedenen Mitgliedsstaaten nach Karadashe transportiert. Als eines der gleichberechtigten Mitglieder übernimmt mein Land 9,09 % der Arbeiten in der Bauphase von ITER und genießt 100 % des Rechts, die technischen Errungenschaften von ITER zu nutzen.

Kohle, Öl und Erdgas können erschöpft sein und Umweltverschmutzung verursachen; Windenergie, Wasserenergie und Sonnenenergie sind durch Wetter oder geografische Bedingungen begrenzt; Elemente wie Uran und Plutonium, die für die Kernspaltung benötigt werden, haben begrenzte Reserven und werden auch Radioaktivität erzeugen .

Dagegen ist die steuerbare Kernfusionstechnologie ein zukunftsweisendes Energieverfahren, auf das die gesamte Menschheit große Hoffnungen setzt: Sie gilt als „ultimative Energiequelle“, weil sie die Energieprobleme nahezu ein für alle Mal lösen kann. Wenn es tatsächlich kommerziell genutzt wird, kann es neben den Klimavorteilen auch billigen Strom in arme Gegenden bringen.

Die Aussichten sind rosig, aber der Weg ist steinig: Ich hoffe, dass wir in absehbarer Zeit Zeuge des Aufgangs der „künstlichen Sonne“ werden.

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