Succes i verdens største laser giver håb om fusionsenergi

Allerede i år er der udsigt til at sætte gang i de første fusionseksperimenter i National Ignition Facility, der egentlig er bygget til test af kernevåben. De første eksperimenter viser, at den 18 mia. kr. dyre laser fungerer upåklageligt.

Af Jens Ramskov,  fredag 29. jan 2010 kl. 12:07

192 laserbeams rammer en lille guldcylinder (hohlraum. Energien afsættes på væggene og omdannes til røntgenstråling, der kan sammentrykke en lille brintpille, så brint fusioner til helium. (Grafik: NIF - Lawrence Livermore National Laboratory)

Ti år og 18 milliarder kroner har USA brugt på at bygge verdens største laser, National Ignition Facility, ved Lawrence Livermore National Laboratory i Californien.

De første eksperimenter viser, at kæmpelaseren fungerer som forventet og det giver håb, om at den allerede i år kan lave de første forsøg med at fusionere brintatomer til heliumatomer.

192 laserbeams vil i NIF blive fokuseret i en lille cylinder lavet af guld med en diameter på få centimeter. Energien vil kunne sammentrykke en brintpille, der indeholder brintisotoperne deuterium og tritium, så de under det høje tryk og de høje temperaturer, der opstår, vil fusionere til helium under afgivelse af energi.

Kan processen kontrolleres til perfektion, kan det være en måde til at lave et fusionskraftværk som et alternativ til teknikken med magnetisk indeslutning af et varmt plasma. Denne teknik skal testes i 100 milliarder kroner dyre internationale fusionsreaktor Iter, der er under opbygning i Cadarache i det sydlige Frankrig.

Når USA har satset de enorme beløb på at bygge NIF er det dog først og fremmest fordi, at eksperimenterne også kan bruges til at teste computersimulationer af kernevåbenseksplosioner, som er den måde, hvormed USA i dag sikrer, at arsenalet af kernevåben er intakt uden jævnligt at foretage prøvesprængninger af kernevåben, som nu er forbudt.

Laserenegi omsættes til røntgenstråling ved 3,3 mio. grader
Den lille cylinder, der indeholder brintpillen, kaldes på fagsproget for et hohlraum. De 192 laserbeams med ultraviolet lys rammer ind i hohlraum’et fra de to endeflader. I stedet for direkte at ramme brintpillen, afsætter lyset energi på indersiden af cylindere. Det får guldatomerne til at udsende røntgenstråling, som trykker brintpillen sammen – det er afgørende for processen, at det sker fuldstændigt symmetrisk.

Alle de 192 laserbeams var klar til eksperimenter sidste år. I to artikler udgivet i dag på Scienceexpress, online udgaven af Science, beskriver NIF eksperimenter, der er udført med en energi på 0,7 MJ - ca. 40 pct. af den energi, som NIF er designet til at kunne levere.

Eksperimenterne er ikke foregået med brint i hohlraum-cylinderen. De har udelukkende haft til hensigt at vise, at man kan styre alle laserbeams korrekt. Det var dog en stor tilfredsstillelse for teknikerne, at de kunne konstatere en temperatur på 3,3 millioner grader celsius i hohlraum – præcist som forventet ifølge modelberegningerne. Det er nok til at udløse de røntgenstråler, der kan trykke en brintpille sammen.

Trussel mod eksperiment blev vendt til en fordel
Eksperimentet viste også, at teknikerne har styr på et fænomen, som ville kunne ødelægge processen. Laserstrålingen kan nemlig slå guldatomer ud fra indersiden, og de vil danne et plasma inde i hohlraum’et, som kan vekselvirke med laserstrålingen på en ukontrollerbar måde.

Eksperimenterne viste, at man i virkeligheden kan få det, som lignede et problem, til at virke til eksperimentets fordel. Plasmaet kan danne et regelmæssigt mønster, der virker som et diffraktionsgitter. Dette gitter kan man udnytte til at afsætte energien fra laserstrålerne, der hvor man ønsker inde i hohlraum’et.

Fusionseksperimenter måske til oktober
Efter artiklen blev skrevet og indsendt til Science, har man øget energien i laserstrålingen til 1 MJ – det er 30 gange mere energi end, der afsat i hohlraum med andre lasersystemer.

NIF’s direktør Ed Moses skriver i pressemeddelelsen, at ”NIF har vist at kunne levere den nødvendige energi til at kunne udføre de første fusionseksperimenter senere på året”.

Lige nu ligger eksperimenterne ved NIF stille, mens der bliver lavet småjusteringer på anlægget. Eksperimenterne genoptages til maj. Går det godt, vil man i juli tage stilling til, om de førte fusionseksperimenter skal laves til oktober.