Die „künstliche Sonne“ meines Landes ist die führende Waffe der Welt

| Was ist eine künstliche Sonne?

Bei der sogenannten „künstlichen Sonne“ handelt es sich um eine fortschrittliche supraleitende Tokamak-Versuchsanlage, auch bekannt als Bauprojekt des Internationalen Thermonuklearen Versuchsreaktors (ITER). Es handelt sich um das derzeit größte experimentelle Projekt zur thermonuklearen Fusion weltweit. Ziel ist es, die Kernfusion der Sonne auf der Erde zu simulieren und die Menschheit durch thermonukleare Fusion mit sauberer Energie zu versorgen. Bei der Kernfusion werden Deuterium und Tritium als Brennstoff verwendet. Sie bietet drei wesentliche Vorteile: Sicherheit, Sauberkeit und unbegrenzte Ressourcen. Es handelt sich um eine strategische neue Energiequelle, die letztendlich die Energieprobleme der gesamten Menschheit lösen wird.

Künstliche Sonne ist die gebräuchliche Bezeichnung für kontrollierte Kernfusion, da das Prinzip der Sonne auf einer Kernfusionsreaktion beruht. (Kernfusionsreaktionen basieren hauptsächlich auf Wasserstoffisotopen. Das Verständnis der thermonuklearen Fusion begann mit der Explosion von Wasserstoffbomben. Wissenschaftler hoffen, ein Gerät zu erfinden, mit dem sich der Prozess der „Wasserstoffbombenexplosion“ wirksam steuern lässt, um eine kontinuierliche und stabile Energieabgabe zu ermöglichen, und vergleichen dieses Gerät mit einer „künstlichen Sonne“. Der vollständige Name lautet „Vollständig supraleitendes Tokamak-Experimentiergerät“. (Tokamak ist die russische Abkürzung für „Magnetspulen-Toruskammer“, auch Zirkulator genannt. Dies ist ein „Behälter“ mit einem geschlossenen Magnetfeld, ähnlich einem hohlen Donut, in dem ionisiertes Plasma eingeschlossen werden kann.)

| Der Ursprung der künstlichen Sonne

Vor 100 Jahren sah Einstein die enorme Energie voraus, die im Atomkern gespeichert ist. Gemäß der von ihm vorgeschlagenen Masse-Energie-Gleichung E=mc2 können sich unter bestimmten Bedingungen zwei leichte Kerne zu einem schwereren Kern zusammenschließen, allerdings kommt es nach der Reaktion zu einem gewissen Masseverlust, wodurch enorme Energiemengen freigesetzt werden. Im Jahr 1939 bestätigte der amerikanische Physiker Bethe, dass ein Deuteriumkern und ein Tritiumkern kollidierten und sich zu einem Heliumkern vereinigten, wobei ein Neutron und 17,6 MeV Energie freigesetzt wurden. Diese Entdeckung enthüllt das Geheimnis des „Brennens“ der Sonne. Als 1952 die erste Wasserstoffbombe explodierte, war es für den Menschen möglich, eine Kernfusionsreaktion auszulösen. Allerdings handelte es sich dabei lediglich um eine unkontrollierbare, augenblickliche Explosion. Seitdem suchen Wissenschaftler nach Möglichkeiten, die Explosion einer Wasserstoffbombe in einer bestimmten Versuchsanordnung zu kontrollieren und anschließend kontinuierlich die Kernfusionsenergie zu extrahieren.

In den 1970er Jahren wurden bedeutende Fortschritte bei der Erforschung einschließender Magnetfelder erzielt. Das Problem der seitlichen Drift der Plasmapartikel wurde durch eine Änderung der Verteilung und Form des einschließenden Magnetfelds gelöst. Weltweit hat es eine Welle der Tokamak-Forschung gegeben. Die Vereinigten Staaten, Europa, Japan und die Sowjetunion bauten vier große Tokamaks, die später entscheidende Beiträge zur Forschung zur magnetischen Fusion leisteten.

| Die Bedeutung der künstlichen Sonne

Die Sonne ist die größte Energiequelle der Erde. Seine Oberflächentemperatur beträgt etwa 6.000 Grad Celsius und seine Kerntemperatur beträgt etwa 15 Millionen Grad Celsius. Es gleicht einem lodernden Feuerball, der pro Sekunde eine Energie freisetzt, die der vollständigen Verbrennung von 100 Billionen Tonnen Kohle entspricht. Die Sonne erzeugt solch enorme Energie aufgrund der kontinuierlichen Kernfusionsreaktion in ihrem Inneren. Der wichtigste Rohstoff für diese Fusionsreaktion, Deuterium, ist auf der Erde in extrem großen Mengen vorhanden. Die einfachste Fusionsreaktion mit Wasserstoffatomen ist die Fusion seiner Isotope Deuterium und Tritium. Das Produkt dieser drastischen Veränderung, „Helium“, ist sehr sauber, es entstehen keine Kohlenstoffemissionen, kein radioaktiver Abfall und es kommt auch nicht zu Katastrophen wie dem Schmelzen von Brennstäben. Sie ist stabiler als Wind- und Solarenergie und gilt als ideale „ultimative Energiequelle“. Jeder Liter Meerwasser auf der Erde enthält 30 mg Deuterium. Die durch die Fusion von 30 mg Deuterium erzeugte Energie entspricht 300 Litern Benzin. Schätzungen zufolge befinden sich im Ozean etwa 40 Billionen Tonnen Deuterium. Theoretisch reicht die durch Fusionsreaktionen freigesetzte Energie für die menschliche Nutzung für zig Milliarden Jahre aus.

Sobald die „künstliche Sonne“ erfolgreich in Betrieb ist, werden die Veränderungen, die sie für die Welt mit sich bringt, revolutionär sein. Länder müssen nicht länger wegen des Öls aus dem Nahen Osten Krieg führen. Ohne die durch den Öl- und Kohleabbau verursachte Umweltverschmutzung würden zahlreiche Probleme verschwinden, die der Menschheit heute Sorgen bereiten, darunter der Treibhauseffekt durch Kohlendioxid, das Schrumpfen des antarktischen Eises, der Anstieg der Küstenlinie usw. Die Menschheit würde über unbegrenzt saubere Energie verfügen, so wie sie uns die Sonne schenkt.

| So funktioniert die „künstliche Sonne“

Die „künstliche Sonne“ erzeugt eine große Menge Energie durch die Verschmelzung zweier leichterer Atome zu einem schwereren Atom. Allerdings besteht zwischen Atomen eine natürliche Abstoßungskraft und um zwei Atome zu einem zu verschmelzen, sind extrem hohe Temperaturen und enormer Druck erforderlich. Die höchste Temperatur des Kernbrennstoffs im Experiment erreichte 130 Millionen °C und der Druck betrug bis zu 100 Atmosphären. Kein Stoff auf der Erde kann solch harten Bedingungen standhalten. Wissenschaftler haben dieses Problem durch die indirekte Steuerung magnetischer Felder gelöst. Um eine kontrollierte Kernfusion herbeizuführen, wird in der „künstlichen Sonne“ ein riesiger supraleitender Magnet installiert, der im eingeschalteten Zustand ein starkes Magnetfeld erzeugen kann, ähnlich der Magnetschwebetechnik, wodurch die künstliche Sonne Energie freisetzen kann, ohne dass sie irgendwelche Geräte berührt. Nachdem der Kernbrennstoff in das Gerät gelangt ist, werden die Wissenschaftler Elektrizität anwenden, um den Kernbrennstoff zu erhitzen und darin elektrischen Strom zu erzeugen. Der supraleitende Magnet kann dann die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Magnetfeld und dem Kernbrennstoff nutzen, um den Brennstoff in der Mitte des Geräts zu halten und zu verhindern, dass er mit dem Gerät selbst in Kontakt kommt. Daher beeinträchtigen hohe Temperaturen den Betrieb des Geräts nicht und die Instabilität des Geräts wird vermieden.

In Experimenten werden immer wieder die Vorteile von Fusionsreaktionen entdeckt – sie erzeugen die siebenfache Energie einer Kernspaltung und das Reaktionsprodukt ist Helium ohne radioaktive Kontamination. Und was noch perfekter ist: Zukünftige Fusionskraftwerke werden sich immer in einem unterkritischen sicheren Betriebszustand befinden. Wenn es zu einem Unfall kommt, wird die Reaktion automatisch gestoppt und es kommt nicht zu nuklearen Lecks wie in Tschernobyl und Fukushima.

| die „künstliche Sonne“ meines Landes

Das vollständig supraleitende Tokamak-Gerät EAST des Hefei Institutes of Physical Science der Chinesischen Akademie der Wissenschaften hat erfolgreich eine „künstliche Sonne“ mit einer Lebensdauer von 1.000 Sekunden geschaffen. Dabei wurde eine im Inland produzierte experimentelle Fusionsanlage Tokamak eingesetzt, um eine Fusionsentladung von 1.000 Sekunden Dauer zu erreichen und damit den Weltrekord von 400 Sekunden zu brechen, der zuvor vom Westen gehalten wurde. Die Höchsttemperatur erreichte 160 Millionen Grad Celsius und markierte damit einen großen Durchbruch für China auf dem Gebiet der kontrollierten Kernfusionsforschung. EAST, auch als Eastern Super Ring bekannt, ist die einzige derzeit in Betrieb befindliche Tokamak-Anlage der Welt, die vollständig supraleitende Magnete verwendet, ähnlich dem zu bauenden Internationalen Thermonuklearen Experimentalreaktor (ITER). Im Jahr 1994 wurde in meinem Land erfolgreich das erste supraleitende Tokamak-Kernfusions-Experimentiergerät mit kreisförmigem Querschnitt entwickelt, der „Hefei Super Torus“ (HT-7). Der Protagonist dieses neuen Weltrekords, EAST, ist das weltweit erste vollständig supraleitende Tokamak-Experimentiergerät mit nicht kreisförmigem Querschnitt und Magnet, das von chinesischen Wissenschaftlern unabhängig auf der Grundlage des „Hefei Super Torus“ entwickelt wurde. Der Hauptteil ist 11 Meter hoch, hat einen Durchmesser von 8 Metern und wiegt mehr als 400 Tonnen. Es besteht aus sechs Hauptkomponenten: Vakuumkammer, Längsfeldspule, Poloidalfeldspule, interne und externe Kühlschirme, externer Vakuum-Dewar und Stützsystem. Es ist umgeben von großen und kleinen Zusatzheiz-, Diagnose-, Abgas- und Kühlgeräten. Die Anzahl der Teile entspricht der Gesamtzahl der Teile von 5 Boeing 777-Flugzeugen. Es verfügt außerdem über einen „superbrennenden“ Kern: Ultrahohe Temperaturen, ultraniedrige Temperaturen, ultrahohes Vakuum, ultrastarke Magnetfelder, ultrahohe Ströme und andere extreme Umgebungen werden „in einem Ofen verschmolzen“.

Um hohe Temperaturen von über 100 Millionen Grad Celsius zu erreichen, nutzten die Wissenschaftler verschiedene Heizmethoden wie Mikrowellen und Neutralleiter. Die Leistung eines Haushaltsmikrowellenherds beträgt etwa 500 Watt, und die Gesamtleistung von EAST beträgt 34 ​​Megawatt, was der Heizleistung von etwa 68.000 Haushaltsmikrowellenherden zusammen entspricht. Mithilfe eines Magnetfelds haben die Wissenschaftler einen „Käfig“ geschaffen, in dem der Feuerball bei Hunderten von Millionen Grad Celsius schwebt, sodass sich das gesamte ionisierte Plasma nur entlang der magnetischen Linien bewegen kann und nicht mit den Materialien des umgebenden Behälters in Berührung kommt. Dadurch werden die Materialien des Geräts vor Verbrennungen geschützt. EAST besteht aus 16 Längsfeldspulen und 14 Poloidalfeldspulen und die von ihm erzeugte Magnetfeldstärke ist fast 70.000-mal so hoch wie die des Erdmagnetfelds.

Um ein starkes Magnetfeld zu erzeugen, benötigt die „künstliche Sonne“ zudem einen ultrahohen Strom von über 12.000 Ampere, also tausendmal stärker als eine gewöhnliche Haushaltsklimaanlage. Die Spule, die den hohen Strom führt, arbeitet bei einer ultraniedrigen Temperatur von minus 269 Grad Celsius, nur etwa 1 Meter entfernt von der Höchsttemperatur von 100 Millionen Grad Celsius, wodurch eine echte Version von „Eis und Feuer“ entsteht. „Dazu ist die Realisierung eines ‚Ultrahochvakuums‘ mit einer Intensität von etwa einem Hundertmilliardstel des atmosphärischen Oberflächendrucks erforderlich, um eine ‚Wärmeisolierung‘ zu gewährleisten“, so die Forscher.

| Die Aussichten der „künstlichen Sonne“

Wann also wird die Technologie zur kontrollierten Stromerzeugung durch Kernfusion ausgereift sein? Damit die kontrollierte Stromerzeugung durch Kernfusion einen kommerziellen Anwendungswert hat, ist es tatsächlich notwendig, die Fusionszeit weiter zu verlängern, auf mindestens über 3000 Sekunden, um die Kosten der Stromerzeugung durch Fusion auf ein kommerziell tragfähiges Niveau zu senken. Das chinesische Wissenschaftlerteam hat begonnen, die Technologie in diesem Bereich zu untersuchen und strebt eine Erhöhung der Fusionszeit auf 3.000 Sekunden durch die Verbesserung des vorhandenen Tokamak-Geräts an. Gleichzeitig hat China mit der technischen Planung der ersten Generation eines kontrollierten Kernfusionskraftwerks begonnen. Es wird erwartet, dass mit dem Bau des ersten kontrollierten Kernfusionskraftwerks in der Geschichte der Menschheit im Jahr 2035 begonnen wird und dass es vor 2050 fertiggestellt und in Betrieb genommen sein wird. Sobald ein Durchbruch in der Technologie zur Stromerzeugung durch kontrollierte Kernfusion erzielt wird, wird die Menschheit über eine nahezu unbegrenzte Energiequelle verfügen. Dann müssen wir uns nicht nur keine Sorgen mehr um Energieknappheit und Umweltprobleme machen, sondern können diese Technologie sogar zum Bau interstellarer Raumfahrzeuge nutzen und damit das große Zeitalter der bemannten Raumfahrt einläuten. mein Land ist mittlerweile ein führendes Land auf diesem Gebiet und ich hoffe, dass unsere Wissenschaftler in Zukunft noch mehr Erfolge erzielen werden.

(Bild aus dem Internet)