Hvordan Kinas EAST Tokamak bringer fusionsenergi tættere på virkeligheden

Koto_feja/Getty Images

Størstedelen af den energi, vi bruger i vores daglige liv, kommer fra solen. Planter omdanner solenergi til kulhydrater, dyr spiser planterne, og så spiser mennesker begge dele. Nogle af disse planter og dyr nedbrydes til fossile brændstoffer, som vi derefter bruger til at opvarme vores hjem, oplade vores telefoner og drive vores biler. Men hvad nu hvis vi kunne afskære mellemmanden? I løbet af de sidste par år har videnskabsmænd i Kina gjort store fremskridt mod dette mål med skabelsen af en "kunstig sol."

Kina har ikke bogstaveligt talt bygget en sol, men forskere udnytter den nukleare proces, der driver stjernen:fusion. I modsætning til spaltningen i konventionelle reaktorer fusionerer fusion to lette kerner til én, og frigiver en enorm mængde energi, mens den kun producerer helium som et biprodukt. Dette gør fusion til en langt renere energikilde end forbrænding af fossile brændstoffer, som frigiver drivhusgasser, eller fission, som genererer langlivet radioaktivt affald.

Det er ekstremt vanskeligt at kontrollere fusion. Det kræver temperaturer på millioner af grader og tryk, der ville knuse ethvert materiale. I Solens kerne smelter brint sammen ved omkring 50-60 millioner grader Fahrenheit og et tryk på 3,6 milliarder psi - over 200 milliarder gange trykket ved Jordens overflade. At replikere disse forhold i et laboratorium er en monumental udfordring, og det er endnu sværere at opretholde dem. Derfor er den nylige succes for Kinas Institut for Plasmafysik – at producere og opretholde plasma i over 1.000 sekunder den 20. januar 2025 – sådan en milepæl.

Tokamak:En futuristisk maskine, der kan indeholde solens kraft

Kinas gennembrud kom på Experimental Advanced Superconducting Tokamak, eller EAST. Mens mange tokamaks eksisterer over hele verden, er EAST den eneste, der har holdt plasma stabilt i så lang en periode. De underliggende principper for en tokamak er dog relativt ligetil.

For det første indeslutning. Fordi plasma er for varmt til, at noget materiale kan overleve kontakt, bruger en tokamak et doughnut-formet magnetfelt til at suspendere plasmaet – ingen fysiske vægge er nødvendige. Ved at dreje plasmaet justeres dets elektroner i en enkelt retning, hvilket giver plasmaet en elektromagnetisk ladning, der kan holdes i vejret som en flydende magnet.

For det andet pres. Solens kernetryk er enormt, men i en tokamak er vi afhængige af den ideelle gaslov til at forbinde temperatur og tryk. EAST opnår temperaturer over 180 millioner grader Fahrenheit, hvilket tillader trykket at forblive forholdsvis lavt, mens det stadig muliggør fusionsreaktioner.

Hvorfor den kinesiske Tokamak modstår 180 millioner grader

Selvom plasmaet aldrig rører reaktorvæggene, udsender det stadig intens varme. Den egentlige tekniske udfordring er at forhindre, at varmen smelter de omgivende komponenter. For at gøre dette bruger tokamak-designere højtemperatur-superledere, som leder elektricitet næsten uden modstand, selv ved ekstreme temperaturer.

Mens de fleste reaktorer bruger lavtemperatursuperledere, der kræver massiv afkøling, anvender EAST sjældne jordarters bariumkobberoxid (REBCO). REBCO eliminerer behovet for store kryogene systemer og forbedrer energieffektiviteten – afgørende for en fusionsreaktor, der skal producere mere energi, end den forbruger.

Reduktion af energitab er afgørende for at bringe fusion ind i området for praktisk, ren energi. Hver trinvis forbedring, som Kinas EAST tokamak, flytter os tættere på dette mål.