Deceleration af løbske elektroner baner vejen for fusionskraft

Fusionskraft har potentialet til at give ren og sikker energi, der er fri for kuldioxidemissioner. Imidlertid, efterligning af solenergiprocessen er en vanskelig opgave at opnå. To unge plasmafysikere på Chalmers Tekniske Universitet har udviklet en teknologimodel, der kan føre til bedre metoder til at bremse løbske elektroner, der kan ødelægge en fremtidig reaktor uden varsel.

Det kræver højt tryk og temperaturer på omkring 150 millioner grader at få atomer til at smelte sammen. Derudover løbske elektroner laver kaos i de fusionsreaktorer, der i øjeblikket er under udvikling. I tokamak reaktorer, uønskede elektriske felter kan bringe hele processen i fare. Elektroner med ekstrem høj energi kan pludselig accelerere til så høje hastigheder, at de ødelægger reaktorvæggen.

Det er disse løbske elektroner, doktorstuderende Linnea Hesslow og Ola Embréus med succes har identificeret og bremset. Sammen med deres rådgiver, Professor Tünde Fülöp ved Chalmers Institut for Fysik, de har effektivt bremset løbske elektroner ved at injicere såkaldte tunge ioner af neon eller argon i form af gas eller pellets.

Når elektronerne kolliderer med den høje ladning i ionernes kerner, de møder modstand og mister fart. De mange kollisioner gør hastigheden kontrollerbar og gør det muligt at fortsætte fusionsprocessen. Ved hjælp af matematiske beskrivelser og plasmasimuleringer, det er muligt at forudsige elektronernes energi – og hvordan den ændrer sig under forskellige forhold.

"Når vi effektivt kan bremse løbske elektroner, vi er et skridt tættere på en funktionel fusionsreaktor. I betragtning af at der er så få muligheder for at løse verdens voksende energibehov på en bæredygtig måde, fusionsenergi er utrolig spændende, da det får sit brændstof fra almindeligt havvand, siger Linnea Hesslow.

Hun og hendes kolleger fik for nylig publiceret deres artikel i det velrenommerede tidsskrift Fysisk gennemgangsbreve . "Interessen for dette arbejde er enorm. Viden er nødvendig for fremtidige storskalaforsøg og giver håb om at løse vanskelige problemer. Vi forventer, at arbejdet vil få stor betydning fremadrettet, " siger professor Tünde Fülöp.

På trods af de store fremskridt, der er gjort inden for forskning i fusionsenergi gennem de sidste halvtreds år, der eksisterer stadig ikke noget kommercielt fusionskraftværk. Lige nu, alle øjne er rettet mod det internationale forskningssamarbejde relateret til ITER-reaktoren i det sydlige Frankrig.

"Mange tror, ​​det vil virke, men det er lettere at rejse til Mars end det er at opnå fusion. Man kan sige, at vi forsøger at høste stjerner her på Jorden, og det kan tage tid. Det tager utroligt høje temperaturer, varmere end solens centrum, for at vi med succes kan opnå fusion her på jorden. Derfor håber jeg, at forskningen får de nødvendige ressourcer til at løse energispørgsmålet i tide, siger Linnea Hesslow.

Fakta:Fusionsenergi og løbske elektroner

Fusionsenergi opstår, når lette atomkerner kombineres ved hjælp af højt tryk og ekstremt høje temperaturer på omkring 150 millioner grader Celsius. Energien skabes på samme måde som i solen. Fusionskraft er et meget sikrere alternativ til atomkraft, som er baseret på spaltning (fission) af tunge atomer. Hvis noget går galt i en fusionsreaktor, hele processen stopper, og det bliver koldt. I modsætning til en atomulykke, der er ingen risiko for, at det omgivende miljø bliver påvirket. Brændstoffet i en fusionsreaktor vejer ikke mere end et stempel, og råvarerne kommer fra almindeligt havvand.