En berömd anekdot: kärnfusion är tjugo år. Alltid kommer att vara i tjugo år. Skämtet är nu inte längre roligt, växte fram ur den optimism forskare som på 1950-talet (och i varje efterföljande decennium) trodde att kärnfusion bara var 20 år bort. Nu är det ett skämt på allvar start kommer från MIT (Massachusetts Institute of technology), den högt respekterade och välkända Institut är: Commonwealth Fusion Teknik. Starten lovar att lansera en fungerande kärnkraft fusionsreaktor inom 15 år. Lovar billigt, rent och obegränsad energi som kommer att lösa alla kriser med fossila bränslen och klimatförändringen. Och jag säger “potentiellt outtömliga och koldioxidfri energi”.
Det enda problemet: vi har hört det många gånger. Den här gången är annorlunda?
En annan känd klyscha gäller för fusionsenergi. Idén är enkel: du sätta solen i en flaska. Du har bara att bygga flaskan. Energi syntes ger näring åt stjärnorna, men det kräver en extremt varm och tät villkor att plasma är intjänade.
En enorm mängd energi som kan frigöras när två lätta atomkärnor smälter samman deuterium-tritium fusion, som sker i experimentet, ITER, avger 17.6 MeV per reaktion en miljon gånger mer energi per molekyl än du får från en explosion av TNT projektil. Men för att frigöra den energi du behöver för att övervinna den kraftfulla elektrostatisk repulsion mellan kärnor av båda är positivt laddade. Den starka växelverkan på korta sträckor leder till syntes som producerar all denna energi, men kärnan måste slå mycket nära femtometre. I stjärnorna visar det sig i och för sig på grund av den enorma gravitationen tryck på materialet, men på Marken är det svårare.
Det första du behöver göra för att försöka hitta material som kommer att förbli vid liv efter exponering till en temperatur av hundratals miljoner grader Celsius.
Plasma består av laddade partiklar, fråga och elektroner tvättas bort. Det kan hålla ett magnetfält, som kollapsar plasma i cirkeln. Manipulation av magnetfält ge plasma för att komprimera. På 1950-talet och 1960-talet dök det upp en hel generation av enheter med exotiska namn: Stellarator, Perhapsatron, Z-Pinch, har utvecklats för detta ändamål. Men plasma, som de försökte hålla var instabilt. Plasma själv genererar elektromagnetiska fält, är det möjligt att beskriva de mycket komplexa teorin av magnetohydrodynamics. Små variationer eller defekter på ytan av den plasma som snabbt fick ut av kontroll. Kort sagt, enheten inte fungerar som planerat.
Sovjetunionen hade utvecklat enheten “tokamak”, som erbjöd betydligt bättre prestanda. Vid samma tidpunkt uppfanns laser, vilket möjliggör en ny typ av syntes — en fusion med tröghetsinneslutning.
I detta fall är det inte nödvändigt att hålla den brinnande plasma-i magnetiskt fält, som du behöver för att komprimera det med en explosion med hjälp av laser för en kort tid. Men experiment med tröghetsinneslutning är också drabbats av problem. De genomfördes på 1970-talet och kanske en dag få sitt sätt, men den största hittills — den nationella tändning laboratorium i Livermore, Kalifornien, och har inte nått break-even, när det kommer att produceras mer energi än vad det tog i.
En stor del av förhoppningarna är placerade på ITER-projektet, den största tokamak av fusion med magnetisk inneslutning, som fortfarande är under konstruktion.
Projektet utvecklarna hoppas att tända plasma för 20 minuter att producera 500 MW med en nominell inmatning av 50 MW. Hela syntesen är planerad till 2035, men problemen med den internationella samarbete med Förenta Staterna, Sovjetunionen (som då fortfarande), Japan och Europa har lett till kraftiga förseningar och tänja på budgeten. Projektet är för sent för 12 år och är värt $ 13 miljarder kronor. Det är inte ovanligt att projekt som kräver konstruktion av stora installationer.
Enligt den plan som den första ITER termonukleär reaktor av syntes, som kommer att fungera som en kraft, belysning och underhålla syntes DEMO, bör starta driften i 2040 eller ens till år 2050. Med andra ord, kärnfusion… kommer att vara i tjugo år. Det är en trend i att lösa problem med instabilitet på grund av byggandet av alla större anläggningar. ITER kommer att bli en större JET, och DEMO kommer att vara mer ITER.
För många år många lag som utmanade den internationella samarbete, erbjuda en mindre design. Frågan är inte om hastighet, men praktisk. Om byggandet av en syntes reaktorn är egentligen kommer att kosta miljarder dollar och tio år kommer det att faktiskt betala av? Vem kommer att betala för byggandet? Kanske av den tid då de arbetar tokamak, som är en kombination av solfångare och nya batterier kommer att förse oss med energi som kommer att vara billigare gjort på tokamaken. Vissa projekt — även för den beryktade “kall fusion” — visade sig vara falsk eller icke-arbetande.
Andra som förtjänar mer uppmärksamhet. Nystartade företag med nya mönster för fusionsreaktor — eller, i vissa fall, reviderade versioner av äldre försök.
Tri Alpha förväntar sig att driva plasma moln i design, påminner om Large hadron Collider, och sedan hålla syntes av plasma i ett magnetfält som är tillräckligt lång för att nå break-even och producera energi. De kunde uppnå den nödvändiga temperaturen och inneslutning av plasma i några millisekunder, och locka mer än $ 500 miljoner i riskkapital.
Team Lockheed Martin Skunk Works, känd för sina hemliga projekt, har gjort ett plask i 2013, meddelade att det är att arbeta på en kompakt fusionsreaktor som producerar 100 MW och med en storlek av en jetmotor. På den tiden sade de att den prototyp kommer att vara färdig i fem år. Naturligtvis, detaljer i utformningen, är de inte. I och med 2016, det var bekräftat att projektet får finansieras, men många har tappat tron och fick skepsis.
Och mot bakgrund av allt detta fulhet MIT-forskare rusa till ringen. Bob Mumgaard, verkställande DIREKTÖR för Commonwealth Fusionsenergi, sade: “Vi siktar på att få de som arbetar på stationen i tid för att bekämpa klimatförändringen. Vi tror att vetenskap, hastighet och omfattning av projektet kommer att kräva femton år.”
Nya MIT-projektet följer utformningen av tokamak, som det gjorde i det förflutna. Enheten har en SPARC med att producera 100 MW effekt i 10-andra pulser av förlossningen. Att få energi av pulser redan var möjligt förut, men break-even — det är vad som verkligen lockar forskare.
Den speciella sås i detta fall är en ny hög-temperatur supraledande magneter gjorda av oxid av yttrium-barium-koppar. Med tanke på att WTSM kan skapa ett mer kraftfullt magnetfält vid samma temperatur som vanliga magneter, du kan ha för att komprimera plasma med en mindre tillförd effekt, mindre magnetisk enhet och räckhåll för syntes villkor i enheten, som är 65 gånger mindre än ITER. Det är planen i alla fall. De hoppas kunna skapa supraledande magneter för de kommande tre åren.
Forskarna är optimistiska: “Vår strategi är att använda konservativa fysik, baserat på decennier av arbete på MIT och på andra håll,” sade Martin Greenwald, Chef för Center för vetenskap av plasma-och fusion vid Massachusetts Institute of technology. “Om SPARC kommer att nå det förväntade resultatet, min magkänsla säger mig att det kan skalas upp till en riktig power plant”.
Det finns många andra projekt och nystartade företag som på samma sätt lovar att kringgå alla typer av tokamak-aggregat och budgetar för internationella samarbeten. Det är svårt att säga om någon av dem har en hemlig ingrediens för syntes eller ITER, med sin vikt i den vetenskapliga gemenskapen och som stöds av de länder som kommer att vinna. Och det är fortfarande svårt att säga när och om fusion kommer att vara den bästa källan av energi. Syntesen är svårt. Så historien visar.
En ny start från MIT ut för att köra en fusionsreaktor i 15 år. På allvar?
Ilya Hel