Fusion-energi quest gør store fremskridt med EU-Japan reaktor

Indvielsen af ​​verdens mest kraftfulde fusionsmaskine bringer drømmen om ren, sikker og rigelig kraft tættere på.

I den østlige japanske by Naka står et seks etager højt tårn, der langt fra er en almindelig bygning.

Enheden inde i den cylindriske stålkonstruktion kaldes en tokamak. Den er designet til at holde hvirvlende overhedede gasser kaldet plasmaer ved op til 200 millioner grader Celsius - mere end 10 gange varmere end solens kerne.

Stor milepæl

Tokamak, der er beliggende nordøst for Tokyo, repræsenterer den næste milepæl i en årtier lang international stræben efter at gøre fusionsenergi til en realitet og afspejler de ledende roller, der spilles af EU og Japan.

Naka-strukturen, kendt som JT-60SA, er resultatet af en aftale mellem EU og Japan fra 2007 om udvikling af fusionsenergi. Det er verdens mest kraftfulde tokamak og blev indviet i december 2023 efter næsten et årti med byggeri.

"JT-60SA, der kommer i drift, er en meget vigtig milepæl," sagde professor Ambrogio Fasoli, en italiensk fysikekspert, der leder et konsortium, der modtog EU-støtte til at fremme udsigterne for kommerciel energi fra fusion.

Partnerskabet kaldes EUROfusion og samler omkring 170 laboratorier og industrielle partnere fra 29 lande. Deltagerne bidrager med hardware og personale til JT-60SA.

Fusionsenergireaktorer som JT-60SA replikerer processer, der forekommer i solen og andre stjerner. Ved at fusionere brintatomer for at skabe helium og én neutron, der frigiver energi i form af varme, har de potentialet til at generere en sikker, ren og næsten uudtømmelig strømkilde.

Ikke fission

Fusion er det omvendte af fission, processen i hjertet af traditionelle atomkraftværker. Mens fission involverer opdelingen af ​​et tungt atom i to lette atomer, kombinerer fusion to lette atomer for at danne et større.

I modsætning til fission producerer fusion intet langlivet nukleart affald og frembyder ingen risiko for nedsmeltning eller kædereaktion.

Forskning i fusion begyndte i 1920'erne, da en britisk astrofysiker ved navn Arthur Eddington kædede stjerners energi sammen med fusionen af ​​brint til helium.

Et århundrede senere, efterhånden som klimaforandringerne intensiveres, og lande verden over søger alternativer til fossile brændstoffer, der forårsager dem, er fusionen lige så stærk som nogensinde.

Men der er stadig væsentlige forhindringer. De omfatter de tekniske udfordringer ved at bygge reaktorer, hvis vægge ikke vil smelte af den ekstreme varme indeni, finde de bedste blandinger af materialer til fusionsproduktion og begrænse bestråling af materialer inde i reaktoren.

Ny nr. 1

Europakommissær for energi Kadri Simson deltog i indvielsen af ​​JT-60SA i Naka for fem måneder siden.

Reaktoren på 600 millioner euro blev bygget i fællesskab af en EU-organisation kaldet Fusion for Energy, eller F4E, og Japans nationale institutter for kvantevidenskab og teknologi, også kendt som QST.

Da den blev erklæret aktiv, hævdede JT-60SA titlen som største tokamak fra en 40 år gammel facilitet i Storbritannien kaldet Joint European Torus eller JET.

JT-60SA vil have op til 41 megawatt varmeeffekt sammenlignet med 38 MW til JET.

"Vi tændte for maskinen, og den virker," sagde Guy Phillips, enhedschef for JT-60SA hos F4E. "Vi formåede at producere den største mængde plasma nogensinde i sådan en enhed, hvilket er en stor præstation. Men dette var kun det første skridt, og vi har stadig meget arbejde at gøre."

Trapbræt

JT-60SA vil informere arbejdet med den næste planlagte tokamak:ITER, verdens største fusionseksperiment.

Dobbelt så stor som JT-60SA, ITER bygges på en 180 hektar stor grund i det sydlige Frankrig.

F4E administrerer Europas bidrag til ITER, som samler 33 lande, samt til JT-60SA, hvis planlagte levetid er omkring 20 år.

Med bekræftelse af, at JT-60SA's kernesystemer fungerer, vil reaktoren gå i en planlagt nedlukning i to til tre år, mens et eksternt varmekraftsystem tilføjes og andre opgraderes.

"Når vi starter den næste driftsfase, vil vi være i stand til at gå meget længere med plasmaproduktion og forstå forskellige konfigurationer," sagde Phillips.

Vidensopbygning

Kontinuitet er et stærkt træk ved fusionsforskning.

Før de rettede deres opmærksomhed mod JT-60SA, arbejdede EUROfusion-forskere på JET.

Dette anlæg slog sin egen rekord for den største mængde energi produceret af en fusionsenergireaktor, før de sidste eksperimenter blev udført der, og det blev lukket ned i december 2023.

Ved at måle 69 megajoule i et 5,2-sekunders udbrud blev energien anslået til at være nok til at forsyne 12.000 hjem.

"Fusionsenergirekorden hos JET er en utrolig stærk påmindelse om, hvor godt vi nu mestrer fusionsreaktioner på Jorden," sagde Fasoli.

Se fremad

I betragtning af vigtigheden af ​​knowhow på området kører både EUROfusion og F4E programmer for at få fremtidige generationer af videnskabsmænd til at interessere sig for og træne i fusion.

To faktorer, der holder nogle unge forskeres interesse for fusion tilbage, er mangel på øjeblikkelige resultater på området og et indirekte – såvel som uberettiget – stigma forbundet med nuklear fission, ifølge Fasoli.

"Dette er en transgenerationel indsats," sagde han. "Der er behov for uddannelse, træning og strukturer, der kan fastholde folk, der er interesserede."

EU-kommissær for innovation, forskning, kultur, uddannelse og unge Iliana Ivanova sagde ved et arrangement i marts 2024 med brancherepræsentanter, at samarbejde mellem private og offentlige enheder inden for fusionsområdet er afgørende for at fremskynde demonstrationen af ​​fusions-elektricitetsproduktion.

Målet er at involvere større industrielle interessenter såvel som startups i overgangen fra laboratorium til fabrikation - såkaldt lab til fab.

Det betyder at kombinere den private sektors entreprenørskab og industrielle kapacitet med ambitionen og realismen i den offentlige sektor, ifølge Fasoli.

Han sagde, at fusionsenergi kunne blive en realitet i 2050'erne.

"Så længe vi alle ror i samme retning, tror jeg, at horisonten stadig er rimelig," sagde Fasoli. "Det betyder, at vi har brug for, at alle arbejder sammen."

Flere oplysninger:

• EUROfusion
• Fusion for Energy
• Euratoms forsknings- og uddannelsesprogram

Leveret af Horizon:The EU Research &Innovation Magazine

Denne artikel blev oprindeligt udgivet i Horizon EU Research and Innovation Magazine.