211service.com
Eindelijk zet Fusion kleine stappen in de richting van de realiteit
Na drie decennia van duur, door de overheid gefinancierd onderzoek dat geen tastbare doorbraken heeft opgeleverd, is kernfusie van een veelbelovende bron van effectief onbeperkte kracht veranderd in iets dat meer op een clou lijkt.
Het afgelopen jaar is daar echter verandering in gekomen. Verschillende privaat gefinancierde bedrijven en kleine universitaire onderzoeksgroepen die nieuwe fusiereactorontwerpen nastreven, hebben veelbelovende resultaten opgeleverd die de tijdlijn voor het produceren van een prototypemachine van tientallen jaren tot meerdere jaren zouden kunnen verkorten. Commerciële energieopwekking uit kernfusie is nog ver weg, maar de contouren van zo'n reactor zijn nu zichtbaar.
Traditioneel fusieonderzoek heeft zich geconcentreerd op grote, donutvormige machines, tokamaks genaamd, die krachtige magnetische velden uitoefenen om op hoge temperatuur draaiende plasmaballen van geladen deeltjes samen te persen die samensmelten tot helium, waarbij daarbij grote hoeveelheden energie vrijkomen. De uitdaging is om het hete plasma in bedwang te houden en stabiel te houden; de fusiereactoren van vandaag, zoals die aan de Internationale thermonucleaire experimentele reactor (ITER)-project in Zuid-Frankrijk, gigantische spoelen van elektromagneten gebruiken die veel meer energie verbruiken dan de machine daadwerkelijk produceert. ITER (spreek uit als eter), dat wetenschappers en financiering aantrekt uit China, de Europese Unie, India, Rusland, Japan, Zuid-Korea en de Verenigde Staten, zal naar verwachting tientallen miljarden dollars kosten om ergens in de jaren 2030 een werkende reactor te produceren . Kan zijn.
Twee recente ontwikkelingen, die nieuwe en snellere wegen naar energieproducerende fusiereactoren bieden, hebben de fusiegemeenschap gestimuleerd. Tri Alpha Energy, gevestigd in Foothill Ranch, Californië, zei begin augustus dat het erin is geslaagd een hoogenergetisch plasma vijf milliseconden stabiel te houden - veel minder dan een oogwenk, maar een halve eeuwigheid op de schaal van fusiereacties , aldus technisch directeur Michl Binderbauer.
Tri Alpha, zegt Binderbauer, past de principes van hoogenergetische deeltjesversnellers, zoals de Large Hadron Collider, toe op de problemen van fusiereactoren. Concreet heeft het team een apparaat gebouwd, 23 meter lang, dat twee wolken plasma op elkaar afvuurt om een ring van plasma te vormen. Het magnetische veld dat de ring bij elkaar houdt, wordt gegenereerd door het plasma zelf - een techniek die bekend staat als een veldomgekeerde configuratie. Het plasma wordt onderhouden door de injectie van hoogenergetische deeltjes uit versnellers.
De uitdaging voor het ontwerp van Tri Alpha, zegt Binderbauer, is heet genoeg en lang genoeg - het plasma stabiel houden op een temperatuur die hoog genoeg is om energiepositieve fusie te bereiken. Het recente experiment gaf aan dat het bedrijf - dat miljoenen dollars aan financiering heeft aangetrokken van investeerders, waaronder Goldman Sachs en Vulcan, het investeringsfonds van Microsoft-medeoprichter Paul Allen - het probleem lang genoeg heeft opgelost. Het plasma heet genoeg maken is de volgende grote uitdaging. Volgend jaar zal Tri Alpha beginnen met het bouwen van een nieuwe en krachtigere versie van zijn experimentele apparaat om het proces bij hogere temperaturen te testen.
Bij MIT's Plasma Science and Fusion Center , publiceerde een groep onder leiding van Dennis Whyte, een professor in nucleaire wetenschappen en techniek en de directeur van het centrum, en afgestudeerde student Brandon Sorbom in juli een conceptueel ontwerp voor een machine genaamd de ARC-reactor (betaalbaar, robuust, compact). De nieuwigheid van het ARC-ontwerp is de aard van de elektromagneten die het plasma opsluiten. Met behulp van recent ontwikkelde, flexibele supergeleidende banden gemaakt van zeldzame-aarde bariumkoperoxide, kan de ARC-reactor magnetische velden met een veel hogere amplitude bereiken, waardoor een reactorontwerp mogelijk is dat veel kleiner is dan bij andere op tokamak gebaseerde machines. De onderzoekers stellen zich ook een vloeibare deken voor die het plasma omringt en die neutronen zonder schade zal absorberen en een efficiënt warmte-uitwisselingsmedium zal bieden om elektriciteit te produceren.
Door de amplitude van het omringende magnetische veld te vergroten, stijgt de hoeveelheid fusie-energie die in het plasma wordt geproduceerd tot de vierde macht - een dramatische toename die volgens Whyte binnen enkele jaren tot een commercieel prototype zou kunnen leiden.
Het is bekend dat je zeer compacte apparaten kunt maken als je het magnetische veld tot zeer hoge niveaus verhoogt, zegt hij, maar de elektromagneten moesten van koper zijn - geen enkele supergeleider kon dat magnetische veld verdragen. Nu zou de komst van geavanceerde supergeleiderbanden een compacte reactor mogelijk kunnen maken die continu fusie produceert.
Gepubliceerd in Fusietechniek en ontwerp , het ARC-reactorpapier benadrukt dat het voorlopig alleen een conceptueel ontwerp is. Whyte hoopt de komende jaren financiering aan te trekken om een experimentele machine te bouwen. Ondertussen een groep particuliere bedrijven, waaronder niet alleen Tri Alpha, maar ook Tokamak Energie , gevestigd in Engeland en in Vancouver gevestigd Algemene fusie , werken aan verwante maar verschillende ontwerpen om fusie naar het prototypestadium te brengen (zie Een nieuwe benadering van fusie).
We komen dichter bij werkende machines, zegt Michel Laberge, de oprichter en hoofdwetenschapper bij General Fusion. Gedurende vele jaren was fusie-onderzoek het domein van grote overheidslaboratoria die geweldig werk hebben verricht en de basis hebben gelegd om fusie te laten werken. Maar er was geen groot gevoel van urgentie.
Nu is de urgentie toegenomen en deze bedrijven testen nieuwe ideeën en nieuwe benaderingen - en trekken de investeringen aan om dit te doen. General Fusion heeft onlangs 27 miljoen dollar aan nieuwe financiering binnengehaald van een groep investeerders onder leiding van het soevereine vermogensfonds van Maleisië.
Wat er nu gebeurt, is een heroverweging, zegt Burton Richter , die in 1976 de Nobelprijs voor natuurkunde won en adviseur is van Tri Alpha. Bezuinigingen op de begroting in de jaren negentig dwongen de sluiting van alternatieve benaderingen buiten ITER en de National Ignition Facility van het Amerikaanse ministerie van Energie. Bedrijven zoals Tri Alpha bieden een weg naar fusie die niet geplaveid is met belastinggeld, maar met geld uit de particuliere sector - wat uiteindelijk de enige manier is om daadwerkelijk iets op te bouwen.
Jonathan Menard, een plasmafysicus bij het Princeton Plasma Physics Laboratory, leidt de Nationaal sferisch torusexperiment , die een tokamak achtervolgt in de vorm van een strandbal in plaats van een donut. Menard, wiens eigen programma onlangs een upgrade van zijn experimentele machine ter waarde van $ 94 miljoen voltooide, heeft de ontwikkelingen met de Tri Alpha en ARC-inspanningen op de voet gevolgd en is van mening dat deze innovaties verder moeten worden nagestreefd.
Met de behoedzaamheid van een ervaren fusiewetenschapper adviseert hij echter om voorzichtig te zijn: totdat je het bouwt, weet je het niet zeker.