Fusion baseret på magnetisk indeslutning har størst opmærksomhed, når det gælder eventuelle kommende kommercielle fusionsanlæg. Men laserfusion kan vise sig at være en mere farbar vej, mener mange forskere.

Hos Lawrence Livermore National Laboratory i Californien har man følgende koncept klart:

16 gange i sekundet farer små rugbyfodbold-formede blykapsler med en længde på halvanden centimeter med en hastighed på 250 meter i sekundet ind i et reaktionskammer.

I farten rammer laserstrålerne et lille vindue (halvanden millimeter i diameter) på hver enkelt kapsel og afsætter i løbet af få nanosekunder en energi på lige over to megajoule inde i kapslen.

Her omdannes laserenergien til røntgenstråling, som sammenpresser en lille kugle med en diameter på ca. to millimeter, der indeholder hydrogenisotoperne deuterium og tritium, som derved fusionerer til helium.

Energien, der samtidig frigives, opvarmer en kappe med flydende lithium, der omgiver det 12 meter store reaktionskammer.

Varmeenergien bruges til at drive en dampturbine og generere elektricitet.

Kort fortalt er det sådan, man forestiller sig, at et kommercielt kraftværk baseret på laserfusion kan se ud ud fra de foreløbige erfaringer med National Ignition Facility (NIF), som er verdens kraftigste laser.

Laserfusion-forskerne mener, at de med udgangspunkt i denne skitse har mulighed for at overhale magnetisk fusion og Iter-reaktoren, der skal bygges i Frankrig, indenom, når det gælder om at gøre fusionsenergi kommercielt.

Selv om skitsen er meget mere end en grovskitse, er der dog meget lang vej igen, og det er stadig usikkert, om teknologien i det hele taget vil vise sig teknisk og økonomisk realistisk.

For det første mangler NIF stadig at bevise, at det er muligt at opnå mere energi ved en sådan proces, end man bruger på at holde processen i gang.

Det forventer forskerne sker inden udgangen af september i år. Men NIF er et forsøgsanlæg, hvor kapslen, som ikke er af bly, men guld, er stillestående, og hvor man typisk kun fyrer 'laserkanonen' af et par gange om dagen. Og i øvrigt gøres der ingenting for at opsamle fusionsenergien ved NIF, som derfor kun sigter på at undersøge meget begrænsede dele af et praktisk kraftværk.

Informationsmateriale om Laser Inertial Fusion Energy (Life) oplyser dog optimistisk, at et kommercielt anlæg baseret på laserfusion kan være en realitet om en snes år.

I betragtning af de store forsinkelser, der har ramt NIF specielt og fusionsforskningen generelt, forekommer det noget usandsynligt, at en sådan tidsplan er realistisk. Men vilje og penge kan gøre meget.

Forskere og teknikere har opstillet følgende designkrav til et kommercielt Life-anlæg:

Det skal yde med en elektrisk effekt på 1 GW. Det vil kræve en laserenergi på 2,2 MJ, der leveres i korte pulser ved 351 nanometer 16 gange i sekundet, og der skal være energiforstærkning på mindst 60 gange ved fusionsprocessen, så der dannes en termisk effekt på 2,1 GW.

Laserenergien er ikke så langt fra energien ved NIF, som er designet til 1,8 MJ. Så de erfaringer med beamsplitning og optisk forstærkning, der høstes med NIF, kan umiddelbart genbruges.

Forskerne kan også genbruge dele af erfaringerne med kapslen, der skal indeholde brændstoffet. Den rugbyformede Life-kapsel skal dog være omkring dobbelt så stor som den cylinderformede NIF-kapsel.

Af hensyn til omkostningerne skal Life-kapslen dog være af bly frem for guld/uran, som anvendes i NIF. Det giver en lidt dårligere kobling af røntgenenergien til pillen med brændstof og stiller dermed krav om en højere laserenergi.

Det modsvares af, at rugbyfodboldformen mindsker energitab ved væggene og derfor er mere optimal.

Brugen af bly er nødvendig for at holde omkostningen pr. kapsel nede på ca. 1,70 kroner, hvoraf materialeomkostningen kun vil være 17 pct., dvs. under 30 øre.

Den største omkostning pr. kapsel (42 pct.) vil være til det anlæg, som skal producere de godt 1,3 millioner kapsler, der dagligt skal bruges i et kraftværk.

Kapslerne vil blive skudt ind i reaktionskammeret med velkendt gasdreven teknologi, som ikke skønnes at være et problem at fremstille.

Når kapslerne kommer flyvende med høj hastighed, skal et avanceret trackingsystem holde øje med kapslernes præcise position i forhold til den forventede bane, for at de kan rammes korrekt af laserstråler, der skal sætte fusionsprocessen i gang.

Det laserbaserede trackingsystem skal kende positionen af kapslen med en nøjagtighed på 50 mikrometer. 25 mikrosekunder før kapslen når kammerets midte (6 mm ved en hastighed på 250 m/s), justeres laseren, der skal ramme målet.

Det vil være en af de kritiske teknologier, som skal udvikles. Lawrence Livermore har et samarbejde med General Atomics herom.

Energien fra de frie neutroner, der dannes i fusionsprocessen, skal opsamles i en kappe uden om det 12 meter store reaktionskammer. Kappen vil indeholde flydende lithium.

Lithium har mange gode egenskaber - og nogle enkelte dårlige. Blandt fordelene er den lave massefylde, god varmeoverførsel og ringe korrosion, så længe det anvendes i ren tilstand. Blandt ulemperne er risikoen for brand.

Lithium-kappen vil danne tritium, når den rammes af neutroner. Denne tritium skal indvindes og anvendes i nye brændselskapper. Victor Maroni ved Argonne National Laboratory udviklede allerede i midten af 1970'erne en metode hertil.

Mange andre forhold omkring laserfusion-kraftværker bliver allerede nu undersøgt med henblik på at kunne gøre laserfusion kommerciel omkring 2030, som er det mål, Lawrence Livermore arbejder hen mod.

Tiden vil vise, om Life nogensinde kommer så langt, eller om teknik, økonomi eller politik vil spænde ben for projektet de kommende år.

Dokumentation

Laser Inertial Fusion Energy (LIFE)
National Ignition Facility (NIF)