En hurtigere, billigere vej til fusionsenergi

Forskere arbejder på dramatisk at fremskynde udviklingen af ​​fusionsenergi i et forsøg på at levere strøm til elnettet hurtigt nok til at hjælpe med at afbøde virkningerne af klimaændringer. Ankomsten af ​​en banebrydende teknologi - højtemperatur superledere, som kan bruges til at bygge magneter, der producerer stærkere magnetfelter end tidligere muligt - kunne hjælpe dem med at nå dette mål. Forskere planlægger at bruge denne teknologi til at bygge magneter i den skala, der kræves til fusion, efterfulgt af konstruktion af, hvad der ville være verdens første fusionseksperiment, der gav en nettoenergigevinst.

Indsatsen er et samarbejde mellem Massachusetts Institute of Technologys Plasma Science &Fusion Center og Commonwealth Fusion Systems, og de vil præsentere deres arbejde på American Physical Society Division of Plasma Physics møde i Portland, Malm.

Fusionskraft genereres, når kerner af små atomer kombineres til større i en proces, der frigiver enorme mængder energi. Disse kerner, typisk tungere fætre af brint kaldet deuterium og tritium, er positivt ladede og føler derfor stærk frastødning, som kun kan overvindes ved temperaturer på hundreder af millioner af grader. Mens disse temperaturer, og dermed fusionsreaktioner, kan fremstilles i moderne fusionsforsøg, betingelserne for en nettoenergigevinst er endnu ikke opfyldt.

En mulig løsning på dette kunne være at øge styrken af ​​magneterne. Magnetiske felter i fusionsenheder tjener til at holde disse varme ioniserede gasser, kaldet plasmaer, isoleret og isoleret fra almindeligt stof. Kvaliteten af ​​denne isolering bliver mere effektiv, efterhånden som feltet bliver stærkere, hvilket betyder, at man har brug for mindre plads til at holde plasmaet varmt. Fordobling af magnetfeltet i en fusionsenhed gør det muligt at reducere dens volumen - en god indikator for, hvor meget enheden koster - med en faktor otte, samtidig med at den samme præstation opnås. Dermed, stærkere magnetfelter gør fusion mindre, hurtigere og billigere.

Et gennembrud inden for superlederteknologi kan gøre det muligt for fusionskraftværker at blive realiseret. Superledere er materialer, der tillader strømme at passere gennem dem uden at miste energi, men for at gøre det skal de være meget kolde. Nye superledende forbindelser, imidlertid, kan fungere ved meget højere temperaturer end konventionelle superledere. Kritisk for fusion, disse superledere fungerer, selv når de placeres i meget stærke magnetiske felter.

Selvom det oprindeligt var i en form, der ikke var brugbar til at bygge magneter, forskere har nu fundet måder at fremstille højtemperatur-superledere i form af "bånd" eller "bånd", der laver magneter med hidtil uset ydeevne. Designet af disse magneter er ikke velegnet til fusionsmaskiner, fordi de er alt for små. Før den nye fusionsenhed, kaldet SPARC, kan bygges, de nye superledere skal inkorporeres i den slags store, stærke magneter nødvendige for fusion.

Når magnetudviklingen er vellykket, næste skridt vil være at konstruere og drive SPARC-fusionseksperimentet. SPARC vil være en tokamak-fusionsenhed, en type magnetisk indeslutningskonfiguration svarende til mange maskiner, der allerede er i drift (figur 1).

Som en præstation analog med Wright-brødrenes første flyvning ved Kitty Hawk, demonstrerer en nettoenergigevinst, målet med fusionsforskning i mere end 60 år, kunne være nok til at sætte fusion fast i nationale energiplaner og iværksætte kommerciel udvikling. Målet er at have SPARC operationelt i 2025.