Hoe Sandia’s Z-machine warmte genereert die heter is dan een ster om fusie-energie op te wekken
Ik moet het twee keer bekijken. Misschien ongeveer 3 keer. Wat is die wirwar aan kabels precies? Hoewel het lijkt op een bundel draden, is de structuur enorm, ongeveer zo groot als een sportschool. In een laboratorium in New Mexico fungeert het apparaat als een helse machine. De temperatuur is ruim 2 miljard graden. Dit is absoluut hitte van wereldklasse. Zelfs de kern van de zon, de heetste ster die we kennen, zendt slechts ongeveer 16 miljoen graden warmte uit. De Z-machine gaat veel verder.
Sandia National Laboratories heeft de Z-machine niet gebouwd om Guinness World Records te breken. De doelstellingen zijn realistisch. De onderzoekers testen of dit experimentele apparaat in de toekomst nuttig kan zijn voor de elektriciteitsproductie. Ze streven naar kernfusie.
Om dit te bereiken stuurden ze een elektrische stroom van 20 miljoen ampère door de draad en richtten deze op de plasmadeeltjes. Deze deeltjes zijn elektrisch geladen en kleiner dan atomen. Gedurende een fractie van een seconde komt de stroom die er doorheen gaat overeen met de output van 10.000 elektriciteitscentralegeneratoren. Elke generator kan 500.000 gloeilampen aansteken. De energiedichtheid is verbazingwekkend.
Wanneer een groot aantal versnelde elektronen met het plasma botsen, worden de deeltjes verpletterd tot de grootte van een potloodpunt. De ruimte wordt zo klein dat de deeltjes niet vrij kunnen bewegen. Ze geven hun energie vrij in de vorm van warmte. Door compressie ontstaat een plasmatoestand waarin atomen van hun elektronen worden ontdaan. Deze toestand maakt het vrijkomen van enorme thermische energie mogelijk.
De onderzoekers zelf waren verrast door de bereikte temperatuur. De elektriciteitsrekening voor dit laboratorium zou de ouders failliet kunnen laten gaan als ze de rekeningen moesten betalen. Maar in een biljoenste van een seconde produceerde het experiment vier keer meer energie dan wetenschappers er aanvankelijk in stopten.
“In een biljoenste van een seconde produceerde dit experiment vier keer meer energie dan wetenschappers oorspronkelijk gebruikten.”
Deze energietoename is een belangrijke mijlpaal. Laat zien dat de Z-machine de noodzakelijke voorwaarden voor fusie kan creëren. Kernfusie is het proces dat sterren aandrijft. Lichtere atoomkernen vormen samen zwaardere atoomkernen. Bij dit proces komt een grote hoeveelheid energie vrij. Er ontstaat geen langlevend radioactief afval. Het biedt een schone en vrijwel onbeperkte energiebron.
De Z-machine maakt gebruik van een techniek genaamd Z-pinch. Het comprimeert plasma met behulp van magnetische velden. De magnetische druk dwingt het plasma naar binnen. Deze binnenwaartse compressie verhoogt de dichtheid en temperatuur. Het doel is om ontsteking te bereiken. Ontsteking betekent dat de fusiereactie kan worden volgehouden zonder externe input. De Z-machine is dichtbij gekomen. Dit toont aan dat fysica met hoge energiedichtheid mogelijk is.
De gevolgen voor de energieproductie zijn diepgaand. Als onderzoekers dit resultaat consequent kunnen repliceren, zou dit nieuwe manieren kunnen openen om elektriciteit op te wekken. De huidige technologie vereist enorme hoeveelheden elektriciteit. De Z-machine zelf verbruikt ook aanzienlijk stroom. Maar de toename van de netto-energie laat zien dat de natuurkunde werkt. De technische uitdaging blijft bestaan. Dit opschalen naar een commerciële energiecentrale is lastig. De materialen moeten bestand zijn tegen extreme hitte. De magneten moeten enorme stromen aankunnen.
De verrassing van de energieproductie laat zien hoeveel we nog moeten leren over plasma. We dachten dat we de grenzen kenden. we hadden het mis. Het plasma gedroeg zich beter dan verwacht. Ze binden zich lang genoeg samen om meer energie vrij te geven dan ze erin stoppen. Het is meer dan alleen maar een getal. Dit is een proof-of-concept.
