This 13-Year-Old Just Became the Youngest Person Ever to Build a Nuclear-Fusion Reactor

Remember that whole "The Effect of Carbonated Cola Beverages on Human Teeth" experiment you did for your Science Fair? Yeah.

http://jamiesfusionproject.blogspot.co.uk/

It started with the Internet.
"One day," Jamie Edwards recalls, "I was looking on the Internet for radiation or other aspects of nuclear energy." (As one does.) Through that search, he came across the story of Taylor Wilson, an American who, in 2008, had become the youngest person ever to build a nuclear-fusion reactor. Wilson was 14 at the time.
"I looked at it," Edwards says, and "thought 'that looks cool' and decided to have a go."

Edwards is 13. He is a student at the Priory Academy in Lancashire, in the U.K. He loves science—so much so that, as he told the Lancashire Evening Post, he used to try and steal his older brother Danny’s science homework. So that he could do that work himself.

Edwards—a "young boffin," as the Post delightfully calls him—began construction of his makeshift nuclear reactor back in October in a science lab at Priory. He also kept a blog tracking his progress in the work of reactor-building, cataloguing his collection of a diffusion pump and a control panel and other components of the device that would eventually smash some atoms.

This morning, all that work paid off. Edwards smashed two atoms of hydrogen together, creating helium. Yep: From a little science lab in a school in Lancashire, a 13-year-old created nuclear fusion.

"I can’t quite believe it," Edwards told the Post, of this accomplishment, adding that "all my friends think I am mad." But he's also a record-holder—and one who got his record in just under the wire. Edwards turns 14 on Sunday.

Via Lancashire Evening Post, hat tip Nicholas Slayton

ORIGINAL: The Atlantic

Megan Garber 

Mar 5 2014

Plasma Ring Experiment Offers New Path for Fusion Power

ORIGINAL: IEEE Spectrum

By Jeremy Hsu

April 19, 2013

Image credit: University of Missouri

Physicists usually rely on electromagnetic fields to harness the power of plasma, the fourth state of matter, in fusion power experiments. But University of Missouri researchers have managed to create rings of plasma that can hold their shape without the use of outside electromagnetic fields—possibly paving the way for a new age of practical fusion power and leading to the creation of new energy storage devices. 

Traditional efforts to achieve nuclear fusion have relied upon multi-billion-dollar fusion reactors, called tokamaks, which harness powerful electromagnetic fields to contain the super-heated plasmas resulting from the fusion reactions. The ability to create plasma with self-confining electromagnetic fields in the open air could eliminate the need for external electromagnetic fields in future fusion experiments, and with it, much of the expense. 

The researchers created plasma rings about 15 centimeters in diameter that flew through the air across distances up to 60 centimeters. The rings lasted just 10 milliseconds, but reached temperatures greater than the sun's fiery fusion core at around 6600 to 7700 degrees K (6327 to 7427 degrees C). Plasma physicists suspect that magnetic fields are still involved—but that the plasma rings create their own. 

"This plasma has a self-confining magnetic field," said Randy Curry, an engineer and physicist at the University of Missouri in Columbia. "If one can generate and contain it without large magnets involved, of course fusion energy would be an application." But the researchers' success in creating self-contained plasma rings came as a surprise. "We did not expect that," Curry says. 

The researchers had been working with exploding wires that vaporize when pulsed power is applied and release a cloud of plasma energy. They had previously only succeeded in making clouds of plasma that lasted less than a millisecond, Curry said. 

The breakthrough came from adding more pulsed power to the plasma. Curry and a graduate student injected the added energy into a "second acceleration region" of their lab device, and set up the conditions that allowed the plasma ring to be launched from the device. 

Such basic physics research could also lead to better energy storage for both civilian and military applications. Curry's lab plans to examine the possibility of a "plasma capacitor" that stores tens of joules of energy per cubic centimeter, as opposed to traditional capacitors that hold less than one joule per cubic centimeter. 

The self-contained plasma rings created in air could also benefit the manufacturing of metals, plastics and semiconductors. Plasma is currently used to help with semiconductor etching and the modification of other surfaces, but requires vacuum containment vessels and expensive electromagnets to remain contained. 

The research was originally funded by the U.S. Department of Defense through the Office of Naval Research. Curry's lab aims to secure new funding to build a smaller version of the plasma device about the size of a bread box within the next three to five years. 

But Curry also pointed out that such military funding for basic research has collapsed since sequestration took effect and slashed funding across the board for the U.S. government. In that sense, the plasma ring experiment's success also serves as a warning of what the U.S. could miss out on. According to an article in Science magazine published today, the administration's proposed 2014 budget would restore many of those cuts to scientific research. 

Steven Cowley: “Tenemos que asegurar nuestra posición tecnológica para la fusión”

ORIGINAL: Jotdown

by Alberto Bastida

Fusión y futuro empiezan por las mismas letras y no parece casualidad. El conseguir una fuente de energía prácticamente inagotable, segura y respetuosa con el medio ambiente está, más que nunca, al alcance de nuestra mano. Del 17 al 28 de junio se reunieron en Madrid una selección de los mayores expertos mundiales en lo que se llama “Teoría Girocinética”, una pieza clave para comprender el comportamiento del combustible en el interior de los reactores de fusión, donde se trabaja a temperaturas que se miden en millones de grados. Steve Cowley fue el encargado de inaugurar este congreso con una charla en el CIEMAT. Es desde 2008 el director del Culham Center for Fusion Energy, en Reino Unido, el laboratorio que posee el record de energía generada mediante fusión nuclear en su reactor, JET. Fruto de la cooperación europea, consiguió en 1997 fusión nuclear controlada produciendo 16 megavatios de potencia durante unos pocos segundos, sentando las bases de una nueva tecnología. Profesor en el Imperial College de Londres y asesor científico del primer ministro británico, su preocupación por dar a conocer la fusión nuclear y sus avances le ha llevado a ser una cara visible en el mundo de la ciencia y la energía. Nos recibe en el CIEMAT Iván Calvo, uno de los organizadores del congreso. Iván se confiesa lector de Jot Down y antes de ni tan siquiera pisar la sala donde nos reuniremos con Steve Cowley, ya nos está preguntando por la fecha de publicación de la entrevista. Nos acomoda amablemente en una sala de trabajo y al poco tiempo llega Steve que, contrario al tópico, en la tele parecía bastante más pequeño. La sensación de tener delante a alguien de quien llevas tiempo viendo videos, entrevistas y conferencias es bastante rara, pero él lo pone fácil. Tras comentar unos poster con antiguos proyectos de energía solar del CIEMAT, empezamos.

¿Cómo explicaría usted qué es la fusión nuclear a alguien que no sabe nada de física o de energía nuclear?

El elemento con el núcleo atómico más estable de la naturaleza es el hierro, justo en medio de la tabla periódica de elementos. Podremos obtener energía nuclear de los elementos que se encuentran a cualquiera de los lados de este elemento. Si tomamos núcleos más pesados, como los del uranio, y los dividimos, obtendremos energía, y si tomamos núcleos más ligeros como los del hidrógeno y los juntamos, obtendremos energía. Esta energía proviene de la fuerza que mantiene los núcleos de los átomos unidos: la fuerza nuclear fuerte. Al principio del universo, después del Big Bang, comenzamos básicamente con hidrógeno, el material del que están hechas las estrellas. Lo que pasa en el centro de las estrellas es que los núcleos de hidrógeno chocan a alta velocidad entre sí y se fusionan formando helio. El problema es que los núcleos de hidrógeno se repelen eléctricamente cuando están cerca, así que solo si se acercan lo suficiente para que la fuerza nuclear fuerte contrarreste esta repulsión y los una, puede ocurrir la fusión. El proceso más simple es el de fusionar dos átomos de hidrógeno para conseguir uno de helio, pero este proceso genera todos y cada uno de los elementos del universo: carbono, oxígeno, oro. Todo de lo que estamos hechos proviene de la fusión en el centro de las estrellas. Es este proceso de fusionar dos núcleos de hidrógeno para obtener uno de helio el que nosotros intentamos reproducir para obtener energía. En nuestro caso tratamos de fusionar dos formas diferentes, isótopos, de hidrógeno: deuterio y tritio, pero se trata de hidrógeno al fin y al cabo.

Entonces, ¿cuál es la diferencia entre fusión y fisión, la actual forma de energía nuclear?

La fisión nuclear es el proceso de dividir núcleos muy pesados en elementos más ligeros, como el hierro. En realidad el uranio es un accidente de la naturaleza. Proviene de las supernovas de estrellas, el momento en el que la naturaleza colisiona núcleos estables como el del hierro y crea elementos más pesados e inestables. Se podría decir que el hecho de encontrar uranio en la Tierra es una especie de regalo de la naturaleza, más allá del uso que le demos nosotros.

Sabemos cómo ocurre en las estrellas pero ¿de qué manera tratamos de recrearlo de manera controlada?

Si observas un avión, podrás ver su similitud con un pájaro, lo cual es debido a que los primeros diseños trataban de imitar en cierto modo las formas de las aves. Un gran número de máquinas tienen un análogo en la naturaleza al que imitan en cierto modo. Las estrellas son el único reactor de fusión natural que conocemos y se valen de su enorme masa para conseguir, mediante confinamiento gravitatorio, las condiciones de presión y temperatura que dan lugar a las reacciones de fusión en su núcleo. Obviamente, no podemos reproducir un sistema de esas dimensiones en la Tierra, tenemos que hacer fusión a escala humana. El problema es que para conseguir un número suficiente de reacciones se necesitan temperaturas unas diez veces más altas que las del centro del Sol. Estamos hablando de cerca de doscientos millones de grados. Para poder hacer esto, necesitas confinar el combustible de fusión mientras le das tiempo para que las reacciones nucleares ocurran. No puede tocar nada porque se enfriaría y fundiría las paredes, y para eso se han ideado dos tecnologías. La más avanzada y cercana a lograr sus propósitos se basa en mantener alejado el combustible de las paredes de una cámara con forma de rosquilla, empleando fortísimos campos magnéticos. Se genera una botella invisible hecha de campos magnéticos que mantiene al combustible a 200 millones de grados alejado de la pared. El combustible es plasma, gas ionizado, como el de los tubos fluorescentes, aunque el de estos está, como mucho, a 10.000 grados. Esta “botella” de la que hablamos se parece más en realidad a un montón de hilos de lana invisibles enrollados alrededor del combustible, sujetándolo.

¿Desde cuando se conoce o domina esta técnica?

El confinamiento magnético se conoce desde hace casi 50 años, pero ha sido solo en los últimos 20 cuando hemos perfeccionado las técnicas de contención con campos magnéticos. En 1997 fuimos capaces de crear y contener plasma a casi 200 millones de grados en el JET (Joint European Thorus), en mi laboratorio de Reino Unido, y ahora estamos preparando un reactor mucho más avanzado; ITER. JET generó 16 megavatios durante un par de segundos. ITER, será capaz de generar 500 megavatios de manera sostenida durante miles de segundos y será capaz de mantenerse encendido sin necesidad de aporte energético exterior. Será un reactor de fusión auto-sostenido. Será como encender una hoguera: pones madera, enciendes el fuego y una vez hecho esto, el fuego está suficientemente caliente como para que solo haga falta añadir más madera. Estamos en un momento crucial en el que somos capaces de demostrar que la fusión es posible.

¿Por qué hay tantas expectativas en torno a la fusión? ¿De dónde le viene esa etiqueta de “final y definitiva”?

La única barrera hacia la fusión es lo que sabemos. Se podría decir que con la fusión generaríamos energía a partir del conocimiento. Esto es porque el combustible para la fusión lo podemos encontrar en el agua del mar. De ahí podemos extraer las dos formas de hidrógeno que necesitamos: deuterio y tritio. El deuterio está presente en 1/6000 partes en el agua del mar y el tritio se puede obtener a partir de litio, que también se extrae del agua marítima. Se puede decir que hay combustible para satisfacer durante trece millones de años las necesidades energéticas de la Tierra con fusión nuclear. Así que una vez sabes cómo hacer bien la fusión, prácticamente no merece la pena usar otro tipo de energía, de ahí la etiqueta de definitiva. Es limpia, no produce CO₂, es totalmente a prueba de cualquier tipo de accidente grave y no produce residuos radiactivos de vida larga. Además, lo que es más importante es que todo el mundo tendría acceso al combustible, este pertenecería a todos. El problema es que es muy difícil. Ahora es difícil porque no sabemos cómo hacerlo bien, pero una vez sepamos, el secreto será desvelado y todo el mundo podrá usarlo.

¿Cómo de versátiles y escalables serían este tipo de centrales?

Eso es exactamente en lo que estamos trabajando ahora. Una central eléctrica de fusión no tiene por qué ser más grande que una central de gas o carbón y además se podría situar prácticamente en cualquier lugar, eso no es ningún problema. El asunto es el siguiente: si me preguntas, te diré honestamente que vamos a conseguir un reactor de fusión plenamente operativo. Lo que no te puedo asegurar es que seamos capaces de que los costes y escalas de la fusión sean los que los consumidores quieren. Los diseños con los que estamos trabajando nos llevan a proyectos grandes y caros. Aún no sabemos hacer un reactor de fusión pequeño y barato. ¿Lo conseguiremos diseñar? Espero que sí. Estoy totalmente convencido de que ITER logrará la fusión dentro de los parámetros deseados, pero también es cierto que el coste actual es diez veces superior al de la energía solar.

¿Podría explicar qué es ITER?