In einem bedeutenden Fortschritt in der Fusionsforschung haben Wissenschaftler von Zap Energy erfolgreiche Neutronen-Isotropiemessungen von ihrem FuZE-Gerät berichtet, was einen entscheidenden Meilenstein auf dem Weg zu nachhaltiger Fusionsenergie darstellt. Diese Forschung, die am 3. Februar 2025 in der Zeitschrift Nuclear Fusion veröffentlicht wurde, bestätigt, dass die scherenfluss-stabilisierten Z-Pinches stabile thermische Fusion erzeugen können, die für höhere Energieausbeuten entscheidend ist.
Neutronen-Isotropie zeigt an, dass die während der Fusionsreaktionen erzeugten Neutronen eine gleichmäßige Energieverteilung in alle Richtungen aufweisen, was auf ein thermodynamisches Gleichgewicht innerhalb des Plasmas hindeutet. "Im Wesentlichen zeigt diese Messung, dass das Plasma in einem thermodynamischen Gleichgewicht ist," erklärte Uri Shumlak, der wissenschaftliche Leiter von Zap. Dieses Gleichgewicht ermöglicht eine potenzielle Vergrößerung der Plasma-Größe, ohne die Stabilität zu gefährden.
Fusion tritt auf, wenn Wasserstoffkerne zu Helium fusionieren und Neutronen freisetzen, die 80 % der Energie der Reaktion tragen. Thermische Fusion, das Ziel von Zaps Forschung, ist durch isotrope Neutronenproduktion gekennzeichnet, im Gegensatz zur Strahl-Ziel-Fusion, die anisotrope Neutronenaussendungen zur Folge hat und Herausforderungen für die Skalierbarkeit der Energie darstellt.
Das Team von Zap führte 433 Plasmaschüsse mit Neutronendetektoren rund um das FuZE-Gerät durch und bestätigte, dass die erzeugten Neutronen nahezu isotrop waren. Dieses Ergebnis stellt nicht nur einen wichtigen Benchmark in der Fusionsphysik dar, sondern hat auch historische Bedeutung, da die Z-Pinch-Methode seit ihrer Einführung in den 1950er Jahren aufgrund früherer Misserfolge, die mit Instabilität verbunden waren, skeptisch betrachtet wurde.
Rachel Ryan, eine leitende Wissenschaftlerin bei Zap, betonte die Bedeutung dieser Erkenntnisse und erklärte: "Wenn wir hauptsächlich Neutronen aus einer Strahl-Ziel-Quelle sehen würden, würde das bedeuten, dass unsere Maschine nicht skalierbar wäre." Die Forschung legt nahe, dass das Verständnis des Neutronenverhaltens zu einer erhöhten Stabilität im Fusionsprozess führen könnte, was den Weg für praktische Anwendungen in der sauberen Energieerzeugung ebnen könnte.
Für die Zukunft plant das Zap-Team, weitere Tests bei höheren Energien an ihrem FuZE-Q-Gerät durchzuführen. Erste Ergebnisse sind vielversprechend, und fortlaufende Messungen werden helfen, den Beitrag der Strahl-Ziel-Fusion zu ihren Energieausbeuten zu bestimmen.