Laserdrevet teknik til at skabe fusion er nu inden for rækkevidde, siger forskere

En laserdrevet teknik til at skabe fusion, der fjerner behovet for radioaktive brændselselementer og ikke efterlader giftigt radioaktivt affald, er nu inden for rækkevidde, siger forskere.

Dramatiske fremskridt inden for kraftfulde, højintensive lasere gør det levedygtigt for forskere at forfølge, hvad man engang troede umuligt:​​at skabe fusionsenergi baseret på hydrogen-bor-reaktioner. Og en australsk fysiker er i spidsen, bevæbnet med et patenteret design og arbejder med internationale samarbejdspartnere om de resterende videnskabelige udfordringer.

I en artikel i det videnskabelige tidsskrift Laser og partikelstråler i dag, hovedforfatter Heinrich Hora fra University of New South Wales i Sydney og internationale kolleger hævder, at vejen til brint-bor-fusion nu er levedygtig, og kan være tættere på realisering end andre tilgange, såsom deuterium-tritium-fusionstilgangen, der forfølges af U.S. National Ignition Facility (NIF) og den internationale termonuklear-eksperimentelle reaktor under opførelse i Frankrig.

"Jeg tror, ​​at dette sætter vores tilgang foran alle andre fusionsenergiteknologier, " sagde Hora, som forudsagde i 1970'erne, at sammensmeltning af brint og bor kunne være muligt uden behov for termisk ligevægt. I stedet for at opvarme brændstof til solens temperatur ved hjælp af massive, højstyrkemagneter til at kontrollere supervarme plasmaer inde i et doughnutformet ringformet kammer (som i ITER), hydrogen-bor-fusion opnås ved hjælp af to kraftige lasere i hurtige udbrud, som anvender præcise ikke-lineære kræfter for at komprimere kernerne sammen.

Brint-bor-fusion producerer ingen neutroner og, derfor, ingen radioaktivitet i dens primære reaktion. Og i modsætning til de fleste andre kilder til elproduktion - som kul, gas og atomkraft, som er afhængige af opvarmning af væsker som vand til at drive turbiner - den energi, der genereres af brint-bor-fusion, omdannes direkte til elektricitet. Men ulempen har altid været, at dette kræver meget højere temperaturer og tætheder - næsten 3 milliarder grader Celsius, eller 200 gange varmere end Solens kerne.

Imidlertid, dramatiske fremskridt inden for laserteknologi er tæt på at gøre to-laser-tilgangen mulig, og en bølge af nylige eksperimenter rundt om i verden indikerer, at en 'lavine'-fusionsreaktion kunne udløses i trilliontedel-en-sekund fra en petawat-skala laserpuls, hvis flygtige udbrud pakker en kvadrillion watt strøm. Hvis videnskabsmænd kunne udnytte denne lavine, Hora sagde, et gennembrud i proton-bor-fusion var nært forestående.

"Det er meget spændende at se disse reaktioner bekræftet i de seneste eksperimenter og simuleringer, " sagde Hora, en emeritus professor i teoretisk fysik ved UNSW. "Ikke kun fordi det beviser noget af mit tidligere teoretiske arbejde, men de har også målt den laser-initierede kædereaktion for at skabe en milliard gange højere energiproduktion end forudsagt under termiske ligevægtsforhold."

Sammen med 10 kolleger i seks nationer - herunder fra Israels Soreq Nuclear Research Center og University of California, Berkeley - Hora beskriver en køreplan for udvikling af brint-bor-fusion baseret på hans design, at samle de seneste gennembrud og detaljere, hvilken yderligere forskning der er nødvendig for at gøre reaktoren til en realitet.

Et australsk spin-off selskab, HB11 Energi, har patenterne for Horas proces. "Hvis de næste par års forskning ikke afslører nogen større tekniske forhindringer, vi kunne have en prototype reaktor inden for et årti, " sagde Warren McKenzie, administrerende direktør for HB11.

"Fra et ingeniørmæssigt perspektiv, vores tilgang vil være et meget enklere projekt, fordi brændstofferne og affaldet er sikkert, reaktoren behøver ikke en varmeveksler og dampturbinegenerator, og de lasere, vi har brug for, kan købes fra hylden, " han tilføjede.