Verdens største laser tæt på at skabe energioverskud
more_vert
close

Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, tilbud mm via telefon, SMS og email. I nyhedsbreve og mails fra Teknologiens Mediehus kan findes markedsføring fra samarbejdspartnere.

Verdens største laser tæt på at skabe energioverskud

Energiregnskabet er svært at få til at gå op, når man laver fusionsenergi. Nu er det imidlertid lykkedes en række amerikanske forskere at gennemføre et forsøg, hvor de har skabt mere energi, end de har brugt under processen, skriver BBC.

Til eksperimentet har de benyttet en enorm laser, faktisk verdens største, som udsender 192 laserbeams for at opvarme og presse en brintpille bestående af brintisotoperne deuterium og tritium til det punkt, hvor atomfusionsreaktioner finder sted og brinten omdannes til helium.

Undervejs bliver der som regel tabt en del energi i systemet, hvilket har gjort fusionsenergi til en meget dårlig forretning, men ved hjælp af laseren er det altså lykkedes at bringe orden i regnskabet. Den udgående energi var således større end den energi, der blev optaget af brinten, og det er ikke sket før.

Det to millimeter brede mål, som de 192 lasere blev rettet mod med en samlet kraft på 500 terawatt. Illustration: Lawrence Livermore National Laboratory's National Ignition Facility

Der er dog stadig tab undervejs, og det betyder, at forskerne endnu ikke fuldt ud har nået deres erklærede mål om, at der skal laves lige så meget energi, som der kommer ud af laseren – der må med andre ord ikke forekomme tab undervejs.

Læs også: Forskere vil gøre laserfusion til praktisk energikilde inden 2030

Laseren ligner stort set en kæmpe blyant, som kan fokusere et kraftigt ultraviolet laserlys på et lille område.

Laseren har været 15 år og over 20 mia. kroner undervejs. Den står på Lawrence Livermore-centret i Californien, som oprindeligt blev bygget til forskning i atomvåben, hvilket stadig bliver prioriteret.

Efter de nye resultater er der dog kommet øget fokus på den enorme laser, som i løbet af de kommende år måske kan se sig slået af en endnu større laser – nemlig Life-laseren (Laser Inertial Fusion Energy) på samme forskningscenter.

Samtidig konkurrerer teknologien med en teknik med magnetisk indeslutning af varm plasma, som skal testes i fusionsreaktoren Iter i Frankrig.

Emner : Lys
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Så skal den bare læsses over i Enterprice og så a sted til Mars som en prøvesejlas.

  • 0
  • 0

Hvor mange mW er denne laser på?


Tror ikke, at det er nemt at opgøre i watt. Laseren afgiver en meget kort laserpuls, der antænder fusionsbrændstoffet. Energien af denne puls måles i Joule, eller her MJ.

Watt, er middeleffekten som tilføres. Da der kan gå lang tid imellem hvert forsøg, er det ikke nemt at definere et antal watt før systemet kører konstant og repeterende.

Antages, at der kunne laves en fusion hvert sekund, så vil laseren kræve ca. 2MW. Går der 12 dage, mellem hver forsøg, vil laseren kun levere 1 watt.

Ifølge NIF's hjemmeside leverer laseren 2MJ i en puls:
https://lasers.llnl.gov/about/nif/about.php

  • 6
  • 1

1,3PetaWatt - regn selv om til milliwatt :-)


Det er ikke helt korrekt. Laserne leverer 2MJ i meget kort tid, og deles antallet af joule, med den tid som energien afsættes i, så er korrekt at det giver et stort tal i watt. Laserne kan langtfra køre konstant med denne effekt, så de kan ikke levere 1,3 Peta watt. Det tilførte antal watt, er meget lavere. Energien kommer sandsynligvis fra en kondensator bank, og den energi der tilføres kondensator banken er ikke høj. Kondensatorerne fungerer som afkoblings kondensator, og er i stand til, at levere en meget høj strøm i kort tid. Hos NIF er kondensator banken væsentligt overdimensioneret til 330 MJ og således stor nok til en del pulser.

Jeg mener NIF er i stand til at levere ca. 10 skud per sekund. Det giver en effekt på 20MW i laserenergi. Det er også en fin stor energi, men ikke noget der kræver et stort kraftværk.

  • 3
  • 2

BBC-kilden er ikke særlig god, man kunne måske endda kalde den sensationsjournalistik.

Kilden her
http://www.independentnews.com/news/articl...

indeholder mere information.

"According to the email from program leader Ed Moses, in Saturday’s experiment, NIF fired 1.8 million joules of energy along its 192 arms, generating a record 15 quadrillion neutrons from a frozen heavy hydrogen (deuterium-tritium) target with an energy output nearly 75 percent higher than the previous record."

Den samlede energi, der frigives ved en D(euterium)+T(ritium) fusion, som er det laseren laver, kan estimeres ud fra antal neutroner og deres kinetiske energi (14,1 MeV https://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_gene... ). Dvs. (15 quadrilioner) 15 * 10^15 * 14,1 MeV = 33,89 kJ ≈ 50 kJ, hvis man er gavmild.

Det er betydeligt mindre end de 422 MJ input energi, der kræves for at oplade systemets kondensatorer, og laser amplifiers. Den bruger 7680 stk, 180 cm lange xenon flash tubes, der bruges, er de største, der nogensinde er fremstillet https://en.wikipedia.org/wiki/File:Nif_fla...

Ifølge wiki:
"The net "wall-plug" efficiency of NIF (UV laser energy out divided by the energy required to pump the lasers from an external source) is less than one percent"

https://en.wikipedia.org/wiki/National_Ign...

  • 3
  • 0

Imponerende. Verdens største laser skal være 100 gange større for at opnå en fusion der leverer mere energi end den forbruger... Og så antager jeg 100% effektivitet i opsamling af den afgivne energi.

Måske er de på forkert spor:
http://www.nature.com/news/two-laser-boron...

Der er åbenbart en lov på spil her: "Jo større forsøg, jo mindre er sandsynligheden for et brugbart resultat". Har I set billeder af laserne?

  • 3
  • 2

Og så står der: "der må med andre ord ikke forekomme tab undervejs." Det er nok lige lovligt ambitiøst. Det er vel tilstrækkeligt, at tabene er mindre end brutto-overskuddet :-)

Et system helt uden tab, det findes vel ikke, med mindre vi ser på hele universet som en helhed.

  • 2
  • 0

Laseren forbruger da energi og giver dermed ikke overskud,men det gør reaktoren når brintpillen beskydes af laseren.

  • 0
  • 0

Re: mW?

Imponerende. Verdens største laser skal være 100 gange større for at opnå en fusion der leverer mere energi end den forbruger... Og så antager jeg 100% effektivitet i opsamling af den afgivne energi.

Måske er de på forkert spor:
http://www.nature.com/news/two-laser-boron...

Der er åbenbart en lov på spil her: "Jo større forsøg, jo mindre er sandsynligheden for et brugbart resultat". Har I set billeder af laserne?


Det er meget spændende at boron-11 fusionen er lykkedes med lasere. Forskerne i fokus fusion, mener også at Boron-11 er fremtiden. Måske er endog muligt at trække energi direkte ud fra Boron-11 fusionen ved fokus fusionen, da partiklerne er ladede. Hvis det er muligt, vil det have betydning for break-even, da energien ikke skal omsættes til neutronenergi og varme først. Boron-11 fusionen, er måske i virkeligheden tættere på end vi troede. Ved Boron-11 er gamma og røntgenstråling, som ikke kan omsættes direkte, men en del af energien kan måske omsættes direkte til strøm.

Metoden med to lasere, tror jeg bestemt også er fremtiden - de kræver langt mindre energi. I forhold til ITER koster laserfusion med to lasere kun peanuts. I forhold til ITER's lasere, kræves kun ca. 1/20 laserenergi.

  • 0
  • 1

Måske er endog muligt at trække energi direkte ud fra Boron-11 fusionen ved fokus fusionen, da partiklerne er ladede. Hvis det er muligt, vil det have betydning for break-even, da energien ikke skal omsættes til neutronenergi og varme først. Boron-11 fusionen, er måske i virkeligheden tættere på end vi troede. Ved Boron-11 er gamma og røntgenstråling, som ikke kan omsættes direkte, men en del af energien kan måske omsættes direkte til strøm.

???
Der dannes alphapartikler/heliumkerner, og det er den frigivne kinetiske/varme-enegi ved dannelsen, som kan udnyttes.

Metoden med to lasere, tror jeg bestemt også er fremtiden - de kræver langt mindre energi. I forhold til ITER koster laserfusion med to lasere kun peanuts. I forhold til ITER's lasere, kræves kun ca. 1/20 laserenergi.

???
Du forveksler NIF og ITER. ITER bruger ikke lasere. I ITER er plasmaet indesluttet i en tokamak og opvarmes med hurtige neutrale partikler og/eller hf-stråling. Det er nærmere beskrevet her: http://www.iter.org/sci/plasmaheating og her: http://en.wikipedia.org/wiki/ITER

  • 0
  • 0

Den samlede energi, der frigives ved en D(euterium)+T(ritium) fusion, som er det laseren laver, kan estimeres ud fra antal neutroner og deres kinetiske energi

Du glemmer den nydannede helium/alpha-kerne.

Den vejer ca. 4 gange så meget som neutronen, og da vi har impulsbevarelse, så er dens kinetiske energi ca. 4 gange mindre en neutronens: 14,1 / 4 = 3,5 MeV.

(Kontrol: 14,1 + 3,5 = 17,6 MeV = den totale frigivne energi: http://en.wikipedia.org/wiki/ITER#Reactor_...

I forsøget svarer de 3,5 MeV til 8,5 kJ.

Det er denne del, som lettest kan udnyttes.

Men der er meget, meget, meget lang vej igen.

  • 0
  • 0

???
Der dannes alphapartikler/heliumkerner, og det er den frigivne kinetiske/varme-enegi ved dannelsen, som kan udnyttes.

Metoden med to lasere, tror jeg bestemt også er fremtiden - de kræver langt mindre energi. I forhold til ITER koster laserfusion med to lasere kun peanuts. I forhold til ITER's lasere, kræves kun ca. 1/20 laserenergi.  

???
Du forveksler NIF og ITER. ITER bruger ikke lasere. I ITER er plasmaet indesluttet i en tokamak og opvarmes med hurtige neutrale partikler og/eller hf-stråling. Det er nærmere beskrevet her: http://www.iter.org/sci/plasmaheating og her: http://en.wikipedia.org/wiki/ITER


NIF bruger kun en laser. Der er 192 laserstråler der rammer målet, men de er tændt på samme tid. Hvis du bruger to lasere, hvor den ene bruges til opvarmning, og den anden til antænding, kan du bruge væsentligt mindre energi. Dog, er det stadigt eksperimentelt. ITER er noget ganske andet - de bruger ikke lasere. EU har finansieret et forskningsprojekt HiPER, der dog anvender traditionel deuterium som brændstof: http://www.hiper-laser.org

Ved Boron-11 fusion har du ladede partikler. Og det menes, at måske være muligt, at omsætte den kinetiske energi til elektrisk energi direkte uden at først omsætte den til varme. Mener det sker ved, at fusionen sker i et elektrisk og magnetisk felt, og kan tilføre feltet energi. Så vidt jeg ved kun teori - endnu.

  • 0
  • 0

Kondensatorerne fungerer som afkoblings kondensator, og er i stand til, at levere en meget høj strøm i kort tid.

Kondensator lageret fungerer som det modsatte af en afkoblingskondensator.

Hos NIF er kondensator banken væsentligt overdimensioneret til 330 MJ og således stor nok til en del pulser.

Nej. Stort set hele energien bruges på en enkelt puls.

Jeg mener NIF er i stand til at levere ca. 10 skud per sekund. Det giver en effekt på 20MW i laserenergi. Det er også en fin stor energi, men ikke noget der kræver et stort kraftværk.

  1. Du husker forkert. Repetionsfrekvensen er ca. 0,0001 Hz. Når frekvensen er så lav, skyldes det, at lasersystemet skal nå at afkøle mellem hvert skud.
  2. Ved udregning af energibehovet glemmer du at tage hensyn til virkningsgraden, som er ca. 0,5 %. Dermed afsættes 99,5 % af energien i lasersystemet i form af varme.

Laserteknologien på NIF er med dagens målestok forældet. I nye design vil man formentlig bruge diodelasere til pumpning af glasstavene og helium til køling.

  • 0
  • 0

Ved Boron-11 fusion har du ladede partikler.

Det er positivt ladede heliumkerner/alfa-partikler. De samme heliumkerner dannes også ved deuterium-tritium fusion hos NIF. Her desværre også sammen med neutroner, som får 80 % af den frigivne energi.

Der er mange processer, som ikke genererer de uønskede neutroner: http://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fu...

Og mange forskellige forslag til direkte energi-generering: http://en.wikipedia.org/wiki/Aneutronic_fu...

  • 0
  • 0

Re: mW?

Kondensatorerne fungerer som afkoblings kondensator, og er i stand til, at levere en meget høj strøm i kort tid.  

Kondensator lageret fungerer som det modsatte af en afkoblingskondensator.

Hos NIF er kondensator banken væsentligt overdimensioneret til 330 MJ og således stor nok til en del pulser.  

Nej. Stort set hele energien bruges på en enkelt puls.


Jeg holder fast i, at det fungerer som en afkoblings kondensator. En afkoblings kondensator oplades, når den integrerede kreds ikke trækker strøm ved skift. Ved skift, trækkes stor strøm fra afkoblings kondensatoren. I praksis, er også induktion i ledningerne, og i praksis ser du derfor ind i en karakteristisk impedans. Skal der afsættes stor energi, bruges stor spænding og strøm.

Derimod har du helt ret i, at hele energien - og lidt til - bruges ved en enkelt puls. Jeg var ikke opmærksom på den lave effektivitet af NIF.

  • 0
  • 0

Du husker forkert. Repetionsfrekvensen er ca. 0,0001 Hz. Når frekvensen er så lav, skyldes det, at lasersystemet skal nå at afkøle mellem hvert skud.
Ved udregning af energibehovet glemmer du at tage hensyn til virkningsgraden, som er ca. 0,5 %. Dermed afsættes 99,5 % af energien i lasersystemet i form af varme.


Korrekt, jeg regnede kun på lysenergien tilført target.

Med de tal du angiver bliver det 2MJ/*0,0001/sek/0,5% = 40kW, hvoraf der afsættes 200W i middel i target.

Det skal langt højere op, hvis det skal bruges til noget.

  • 0
  • 0

En afkoblingskondensator skal opfange transienter (energi), mens NIF kondensator-lageret gør det modsatte: det udsender transienter (energi).


Ja, det er det samme. En afkoblingskondensator udsender transienter, fordi at kredsen bruger meget stor strøm i skifteøjeblikket. Ellers, kan den ikke skifte hurtigt. Sætter du en modstand eller en spole ind, så du ikke leverer stor strøm fra afkoblingskondensatoren, og så får du lavere skiftetid på outputtet. Det bruges i nogle tilfælde, af hensyn til støj ved f.eks. buffere, der ikke indeholder flipflops. I mange tilfælde, bruger du således en afkoblingskondensator, for at kunne opnå hurtig skiftetid - eller modsat, sætter en strømbegrænsning ind, for at dæmpe stigtiden.

Du bruger også afkoblingskondensatorer ved f.eks. RF-drivere, der sender RF pulser ud - her helt analogt med kondensatorbanke hos NIF, bortset fra det er RF stråling og ikke lys.

  • 0
  • 0

Ja, det er det samme.

Nej. En afkoblingskondensator modtager transienter, og aflades derefter langsomt.

NIF-kondensatorerne oplades langsomt og aflades derefter hurtigt via en udsendt strømpuls.

Kondensatorlageret på NIF udsender ikke RF-stråling med derimod en strømpuls (som naturligvis kan fourieropløses), der tænder de Perkin-Elmer xenon blitzlamper, der pumper de doterede glasstave, der igen forstærker laserpulserne.

PS. Inden det bliver for vidtløftigt: afkoblingskondensatorerne ved RF-drivere skal netop dæmpe/kortslutte RF-signaler. Og kondensatorbatterierne på NIF udsender ikke lys, men leverer strømpulser til xenon-lamperne.

  • 0
  • 0

Du forveksler afkoblingskondensator og udglatningskondensator.

En afkoblingskondensator opgave er, at kunne levere en stor og kraftig strømpuls til chippen. Det er årsagen til, at de skal sidde helt tæt på chippen. Ellers, kan de ikke levere en kraftig strømpuls. En udglatningskondensator derimod, finder du typisk i en strømforsyning, og den udglatter spændingen. En udglatningskondensator modtager transienter via brokoblingen, og aflades derefter langsomt (som du beskriver en afkoblingskondensator gør).

Afkoblingskondensatorer oplades forholdsvis langsomt grundet induktioner i printet eller direkte indsatte spoler f.eks. drosler, og aflades hurtigt via en strømpuls, der sendes til chippen. Ved at holde sløjfen til chippen så lille som muligt, opnås at chippen får størst mulig strømstød, og det er vigtig for korrekt funktion. Da sløjfen fungerer som en lille antenne, så gør en lille sløjfe også, at der udsendes mindst støj.

  • 0
  • 0

Mon der stadigvæk er nogen der tror, at kernekraft ikke er fremtidens elkraftkilde?

Mvh Tyge

  • 0
  • 2