En berømt anekdote: nuklear fusion er tyve år. Vil altid være i tyve år. Den joke er nu ikke længere er sjovt, voksede ud af optimisme af forskere, der i 1950-erne (og i hvert af de efterfølgende ti år) troet, at nuklear fusion var kun 20 år væk. Nu det er en joke alvorligt opstart kommer fra MIT (Massachusetts Institute of technology), som er meget respekteret og velkendt Institut er: Commonwealth Fusion Teknologier. Start lover at lancere en fungerende reaktor til nuklear fusion inden for 15 år. Lover billige, rene og ubegrænset energi, der vil løse alle kriser med fossile brændstoffer og klimaet ændrer sig. Og jeg siger “potentielt uudtømmelig og kulstof-fri energi”.
Det eneste problem: vi har hørt det mange gange. Denne gang anderledes?
En anden berømt kliché gælder for fusionsenergi. Idéen er enkel: du sætte solskin i en flaske. Du behøver kun at bygge flasken. Energi syntese nærer stjerner, men det kræver en ekstremt varm og tæt forhold, at plasma er optjent.
En enorm mængde energi, der kan frigives, når to lette atomkerner smelter sammen deuterium-tritium fusion, der er gennemført i eksperimentet, ITER, udsender 17.6 MeV per reaktion en million gange mere energi per molekyle, end du får fra den eksplosion af TNT projektil. Men for at frigive denne energi, er du nødt til at overvinde de magtfulde elektrostatiske frastødning mellem kerner i begge er positivt ladet. Den stærke vekselvirkning, på korte afstande fører til syntese, der producerer alle af denne energi, men kernen skal finde meget tæt på femtometre. På stjernerne, det viser sig i sig selv på grund af det enorme tryk fra tyngdekraften på det materiale, men på Jorden er det sværere.
Først skal du nødt til at prøve at finde materialer, som vil forblive i live efter eksponering til en temperatur, der af flere hundrede millioner grader Celsius.
Plasma består af ladede partikler; spørgsmål og elektroner er skyllet væk. Det kan holde et magnetfelt, som kollapser plasma i cirklen. Manipulation af magnetiske felt, der tillader plasma-til at komprimere. I 1950-erne og 1960-erne viste der sig en hel generation af enheder med eksotiske navne: Stellarator, Perhapsatron, Z-Pinch, blev udviklet til dette formål. Men plasma, som de forsøgte at holde var ustabil. Plasma selv genererer et elektromagnetisk felt, er det muligt at beskrive meget komplekse teori om magnetohydrodynamik. Mindre afvigelser eller fejl på overfladen af plasma-fik hurtigt ud af kontrol. Kort sagt, at enheden ikke fungerer som planlagt.
Sovjetunionen havde udviklet enheden “tokamak”, hvor der er betydeligt bedre ydeevne. På samme tid blev opfundet laser, der giver mulighed for en ny type af syntese — en fusion med inerti fødslen.
I dette tilfælde er det ikke nødvendigt at holde plasmaet brændende i magnetiske felter, du har brug for at komprimere det med en eksplosion ved hjælp af lasere for en kort tid. Men eksperimenter med inerti indespærring er også lidt af ustabilitet. De blev udført i 1970-erne og måske en dag få deres måde, men den største til dato — det nationale tænding laboratorium i Livermore, Californien, og har ikke nået break-even punkt, hvor det vil blive produceret mere energi, end det tog i.
En stor del af håb er placeret på ITER, den største tokamak fusion med magnetisk indeslutning, som stadig er under opførelse.
Projektet udviklere håber på at antænde plasma-for 20 minutter til at producere 500 MW power med en nominel effekt på 50 MW. Den fulde syntese er planlagt til 2035, men problemer med det internationale samarbejde mellem Usa, Sovjetunionen (dengang stadig), Japan og Europa har ført til, at der er lange forsinkelser, og strække budgettet. Projektet er forsinket i 12 år og til en værdi af $ 13 mia. Det er ikke ualmindeligt, at projekter, der kræver opbygningen af store anlæg.
I henhold til den plan, den første ITER termonukleare forsøgsreaktor af syntese, der vil arbejde som strøm, belysning og vedligeholdelse af syntese DEMO, bør starte driften i 2040 eller endda 2050. Med andre ord, at nuklear fusion… vil være i tyve år. Der er en tendens til at løse problemer med ustabilitet på grund af opførelsen af alle de større planter. ITER vil blive en større JET, og DEMO vil være mere ITER.
For mange år mange hold udfordret i det internationale samarbejde, der tilbyder et mindre design. Det er ikke et spørgsmål om hastighed, men praktisk. Om opførelsen af syntese reaktoren er virkelig kommer til at koste milliarder af dollars og ti år vil det faktisk betale sig? Hvem skal betale for byggeriet? Måske med tiden, når de arbejder tokamak, en kombination af solpaneler og nye batterier vil give os energi, der vil være billigere foretaget på tokamak. Nogle projekter — selv den berygtede “kold fusion” — viste sig at være falsk eller ikke-erhvervsaktive.
Andre fortjener mere opmærksomhed. Nystartede virksomheder med nye designs til fusionsreaktor — eller, i nogle tilfælde, reviderede versioner af ældre forsøg.
Tri Alpha forventer at skubbe plasma-cloud i design, der minder om Large hadron Collider, og derefter holde syntese plasma i et magnetfelt, som er lange nok til at nå breakeven-punkt og producere energi. De var i stand til at opnå den nødvendige temperatur og indespærring af plasma i et par millisekunder, og tiltrække mere end $ 500 millioner i risikovillig kapital.
Team Lockheed Martin Skunk Works, der er kendt for sin hemmelige projekter, har lavet en splash i 2013, bebuder, at det arbejder på et kompakt fusionsreaktor at producere 100 MW og har en størrelse på en jet motor. På det tidspunkt de sagde, at den prototype, der vil være klar inden for fem år. Selvfølgelig, oplysninger om design, det gjorde de ikke. I 2016, blev det bekræftet, at projektet bliver finansieret, men mange har mistet troen, og fik skepsis.
Og på baggrund af al denne grimhed MIT forskere rush til ringen. Bob Mumgaard, administrerende DIREKTØR for Commonwealth Fusionsenergi, sagde: “Vi sigter mod at få de, der arbejder station i tide til at bekæmpe klimaændringer. Vi tror, videnskab, hastigheden og omfanget af projektet vil kræve femten år.”
MIT nye projekt, der klæber til design af tokamak, som det gjorde i fortiden. Enheden har en SPARC til at producere 100 MW strøm i 10-sekund impulser af fødslen. For at få den energi, der pulser, er det allerede var muligt før, men break-even-punkt — det er det, der virkelig tiltrækker forskere.
Den specielle sauce i dette tilfælde er en ny høj-temperatur superledende magneter er fremstillet af aluminiumoxid, af yttrium-barium-kobber. I betragtning af, at WTSM kan skabe en mere kraftfuld magnetisk felt ved samme temperatur som konventionelle magneter, kan du nødt til at komprimere plasma-med en mindre effekt, mindre magnetisk enhed, og nå en syntese af betingelserne i den enhed, der er på 65 gange mindre end ITER. Det er planen, alligevel. De håber på at skabe superledende magneter for de næste tre år.
Forskerne er optimistiske: “Vores strategi er at bruge konservative fysik, baseret på årtiers arbejde på MIT og andre steder,” siger Martin Greenwald, Direktør for Center for videnskab og plasma-fusion på Massachusetts Institute of technology. “Hvis SPARC vil nå de forventede resultater, min mave fortæller mig, at det kan skaleres op til en rigtig power plant”.
Der er mange andre projekter og startups, der ligeledes lover at omgå alle mulige tokamaker og budgetter for internationale samarbejder. Det er svært at sige, om nogen af dem har en hemmelig ingrediens for syntese eller ITER, med sin vægt i det videnskabelige samfund og støttet af lande, der vil vinde. Og det er stadig svært at sige, når og hvis fusion vil være den bedste kilde til energi. Syntesen er svært. Så historien viser.
En ny start fra MIT sæt ud til at køre en fusionsreaktor i 15 år. Alvorligt?
Ilya Hel