Illustration av reaktor med lila fusionsenergi

Forskare nära fusionsrevolution

I ett nytt experiment närmar sig fysikerna möjligheten att få ut lika mycket energi ur en fusionsreaktor som de skjuter in. Om de uppnår balans kan fusionskraft snart förse världen med oändliga mängder grön energi.

I ett nytt experiment närmar sig fysikerna möjligheten att få ut lika mycket energi ur en fusionsreaktor som de skjuter in. Om de uppnår balans kan fusionskraft snart förse världen med oändliga mängder grön energi.

Shutterstock

Nyligen lyckades amerikanska forskare generera hela 1,3 megajoule (MJ) energi med hjälp av fusion.

Å andra sidan använde reaktorn 1,9 MJ och experimentet markerar ett "väldigt nära"-ögonblick i jakten på att göra fusionsenergi lönsam – och oändlig.

Om man lyckas utvinna minst lika mycket energi ur fusionen som det behövs för att sätta igång den kan det innebära starten på en grön revolution inom energisektorn med enorm potential för ny teknik.

Atomernas sammansmältning är enorm krafturladdning

Fusion uppstår när två eller flera atomkärnor förenas för att bilda en tyngre atom.

Förutom att de två atomerna smälter samman skapar deras giftermål även en stor mängd energi – precis som när atomer delar sig vid "fission" (även kallat klyvning eller kärnkraft).

Forskare står i fusionsreaktor

Fusionsreaktorn vid Lawrence Livermore National Laboratory skjuter laser genom ett sinnrikt system, ungefär lika stort som tre fotbollsplaner, innan strålarna värmer en liten behållare med väte till mer än 100 miljoner grader.

© LLNL

Problemet med fusionsenergi är att det är både besvärligt och dyrt att sätta igång fusionen.

Vid National Ignition Facility i Kalifornien, USA, använder forskare ett avancerat system med lasrar lika stora som tre fotbollsplaner för att värma en liten guldbehållare till mer än 100 miljoner grader.

I behållaren finns ett piller med väte, lika tjockt som ett människohårstrå, och de extrema temperaturerna omvandlar atomerna till en elektriskt ledande plasma innan de fusionerar till helium.

För att förhindra att bränslet rör vid behållarens väggar och kyls ned så att fusionen stannar av hålls den på plats av ett magnetfält.

Det oändliga äktenskapet saknar tändning

Experimentet den 8 augusti fusionerade de båda väteisotoperna deuterium (eller tungt väte) och tritium (supertungt väte) till helium.

Samtidigt producerade reaktionen mer än tio kvadriljoner (10 000 000 000 000 000) watt, skriver forskarna bakom experimentet i ett pressmeddelande – men endast under cirka 20 nanosekunder.

Under fusionssförsök i dag måste energi tillföras kontinuerligt för att hålla fusionerna igång – men målet med Sparc är att göra processen självgående när den väl har börjat.

© Oliver Larsen

1. Väte och väte bildar helium

Vätekärnor värms upp med energi som tillförs från utsidan. Det får tungt väte och supertungt väte att fusionera och bilda varma heliumkärnor.

© Oliver Larsen

2. Varm helium startar kedjereaktion

Heliumkärnorna blir så varma att vätekärnorna fusionerar till nya heliumkärnor, som i sin tur startar nya fusioner – så kallad antändning.

Det motsvarar lite mer än 1,3 MJ – samtidigt som det "kostade" 1,9 MJ att starta det stora maskineriet.

Fysikerna vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) var alltså 0,6 MJ - eller cirka trettio procent - från att uppnå det som fusionsforskare kallar "ignition" (på svenska "antändning"), det vill säga ett energiutbyte som är minst lika stort som reaktorns förbrukning.

När fusionsreaktorn når denna gräns genererar processen tillräckligt med energi för att upprätthålla sig själv.

Stjärnkraft ska göra framtiden grön

Eftersom fusionen teoretiskt sett kan fortsätta för evigt och ständigt skapa el har den en enorm potential som framtidens energikälla.

Det finns massvis av bevis för detta på natthimlen: Inuti stjärnorna smälter företrädelsevis väte och helium under miljontals år och håller stjärnan brinnande varm.

Förhoppningen är att vetenskapen kan återskapa de astronomiska kraftverken, vilket kan ge oss ofattbara mängder miljövänlig kraft.

Så länge fusionen sker med supertungt väte är den dock radioaktiv, men inte alls i samma grad som kärnkraft från fission, och experiment med andra bränslen pågår redan.

De amerikanska forskarna är ännu inte säkra på varför de helt plötsligt uppnådde ett resultat på 1,3 MJ, vilket är åtta gånger bättre än deras tidigare rekord från i år.

När de väl förstår det kommer den gröna fusionsenergin närmare oss än någonsin.