De krachtigste machine ter wereld?

Een experiment dat maanden voorbereiding kan kosten, ongeveer 250.000 dollar per poging kost en in een oogwenk alweer voorbij is. Klinkt nogal buitensporig. Toch doen wetenschappers het bewust met de Z‑machine in New Mexico. Want heel even kan die machine iets wat bijna nergens anders op aarde lukt: de extreme omstandigheden in sterren en planeten nabootsen.
Shutterstock 2695491961

Eerst opladen, dan BOEM

De Z‑machine is enorm. Ze staat in een gebouw van ongeveer 30 meter breed en bestaat uit een doolhof van kabels, schakelaars en grote bakken waarin elektrische energie wordt opgeslagen. Voor één experiment – een ​‘shot’ – wordt die energie verzameld en klaargezet. Daarna gebeurt alles razendsnel.

De machine jaagt een stroom van ongeveer 26 miljoen ampère naar een piepklein doelwit in het midden. Ter vergelijking: door een doorsnee stopcontact thuis loopt maximaal zo’n 16 ampère. De stroom van de Z‑machine is dus meer dan anderhalf miljoen keer zo groot.

En dat gebeurt niet minutenlang. De enorme elektrische puls duurt slechts een fractie van een miljoenste van een seconde.

Heel even de kracht van de wereld

Doordat zo veel energie in zo’n korte tijd wordt vrijgegeven, bereikt de Z‑machine een gigantisch vermogen. Op het hoogtepunt komt dat zelfs in de buurt van het totale elektrische vermogen dat op dat moment wereldwijd wordt geproduceerd.

Maar er zit een belangrijke truc achter dat spectaculaire cijfer. De Z‑machine produceert niet plots evenveel energie als alle elektriciteitscentrales ter wereld samen. Ze laat haar opgeslagen energie gewoon extreem snel los. Zoals een emmer water in één klap leegkieperen in plaats van hem druppel voor druppel uit te gieten.

Die ultrakorte klap is precies wat wetenschappers nodig hebben.

Een mini-ster op aarde

De gigantische elektrische stroom zorgt voor een enorm magnetisch veld. Dat kan materiaal met ongeziene kracht naar binnen duwen en samenpersen.

Daarbij ontstaan extreme temperaturen en drukken. In bepaalde experimenten liep de temperatuur zelfs op tot miljarden graden. De kern van onze zon is ​‘maar’ ongeveer 15 miljoen graden heet.

Zo kunnen onderzoekers heel even omstandigheden creëren die normaal alleen voorkomen op plekken waar we onmogelijk een meettoestel kunnen neerzetten: diep in planeten of midden in sterren.

Ze kunnen bijvoorbeeld testen hoe ijzer en andere materialen reageren bij gigantische druk. Zulke experimenten helpen om beter te begrijpen wat er diep binnenin planeten gebeurt. Andere proeven bootsen de omstandigheden in sterren na, zodat onderzoekers kunnen controleren of hun modellen van sterren wel kloppen.

Kan de Z‑machine een ster nadoen?

Er is nog een spectaculair doel: kernfusie. Daarbij worden lichte atoomkernen samengevoegd en komt energie vrij. De zon doet dat voortdurend.

Met de Z‑machine proberen onderzoekers piepkleine hoeveelheden brandstof razendsnel samen te persen en te verhitten. Ze zijn er al in geslaagd om daarbij fusie te veroorzaken. Het onderzoek helpt wetenschappers begrijpen hoe we zo’n reactie beter onder controle kunnen krijgen en of kernfusie ooit een bruikbare energiebron kan worden.

De Z‑machine is dus eigenlijk een soort snelkijker naar de meest extreme plekken in het heelal. We kunnen niet even naar het binnenste van een ster of planeet reizen om er metingen te doen. Maar gedurende een minuscuul moment kunnen we die bizarre omstandigheden wél naar een laboratorium op aarde halen.

En soms is een fractie van een seconde genoeg om iets te leren over sterren die miljarden jaren bestaan.

Bronnen

aardezonherfstwinterlentezomerseizoenenDe Jonge Uitdagers