Om alt går vel, vil laserfusion i år for første gang udløse mere energi, end man tilfører processen.

Selv om målet nås, er der alligevel er der stor usikkerhed om, hvilken form for 'inertial confinement fusion', der bedst kan føre til praktiske anlæg.

Det er hovedbudskabet i en ny rapport fra National Academies' National Research Council.

Rådet anbefaler, at man stadig satser på flere teknologier og ikke udelukkende kaster alle forskningsmidler efter verdens kraftigste laser, National Ignition Facility (NIF), ved Lawrence Livermore National Laboratory.

Ved NIF arbejder forskere lige nu på fuld kraft hen mod inden udgangen af september at kunne lave de første eksperimenter med at sammentrykke brintpiller, der vil generere mere energi, end man bruger på at sætte processen i gang.

NIF har været udsat for mange problemer gennem årene. Det begyndte under byggeriet med store budgetoverskridelser og forsinkelser, som senere blev fulgt op med besvær i at leve op til planen for de videnskabelige forsøg.

Selv om Ed Moses, der står i spidsen for NIF, har udtalt, at 'vi er i stand til at opnå 'antændelse' i dette finansår (som slutter i september, red.)', så er der mange, der tvivler. Antændelse eller ignition er den betegnelse, som forskere anvender for en proces, der genererer mindst lige så megen energi, som den forbruger.

Det er dog endnu usikkert, om det amerikanske energiministerium vil være klar til at videreudvikle teknologien til en praktisk energikilde, og om NIF-teknologien i det hele taget er den rette måde til at opnå et sådant mål.

Steven Koonin, der var leder af forskningskontoret i energiministeriet, bad derfor sidste år National Research Council komme med en vurdering af muligheder for inertial confinement fusion.

Rapporten har to hovedkonklusioner:

For det første konstateres det, at det er sket store videnskabelige og teknologisk fremskridt inden for inertial confinement fusion de seneste ti år. Til trods herfor er der dog stadig lang vej til en moden teknologi, og der udestår en lang række, alvorlige videnskabelige og ingeniørmæssige problemer.

På den baggrund mener National Research Council, at det er for tidligt at udpege en bestemt form for teknologi som den mest velegnede til et eventuelt demonstrationsanlæg for inertial fusionsenergi.

NIF er først og fremmest bygget, så USA kan vedligeholde sine kernevåben uden at foretage prøvesprængninger, som nu er forbudt i henhold til internationale aftaler.

De civile forsøg med laserfusion er en slags bonus i forhold til hovedbegrundelse for at etablere anlægget.

NIF koncentrerer en energi på 1,8 megajoule i korte pulser med en varighed på nogle få nanosekunder med en spidseffekt på 500 terawatt i en lille cylinder (teknisk kaldet et hohlraum) på størrelse med en fingerspids.

Her omdannes laserenergien til røntgenstråling, der efterfølgende sammenpresser en lille pille indeholdende brintisotoperne deuterium og tritium, så de under høj temperatur og højt tryk fusionerer til helium.

Samtidig frigives energi på samme måde, som når brintkerner fusionerer i Solens indre.

Selv om forskerne med NIF i år håber at kunne opnå 'antændelse', så er der langt fra NIF til et praktisk anlæg.

NIF's lasere kan affyres et par gange om dagen, og i et energiproducerede anlæg skal det ske 15 gange i sekundet. Der foreligger dog allerede planer for, hvordan man, baseret på NIF's teknologi, kan designe et demoanlæg kaldet Life - en forkortelse for Laser Inertial Fusion Energy. Dette vil blive beskrevet i en efterfølgende artikel på ing.dk.

Da NIF omsætter laserstråling til røntgenstråling, som efterfølgende udløser fusionsprocessen, er det baseret på en indirect-drive-teknologi.

Fordelen ved denne teknologi skulle være, at det vil være lettere at opnå en homogen sammenpresning af brintpillen fra alle sider.

I praksis har det dog vist sig, at der opstår turbulente vekselvirkninger inden i cylinderen (hohlraum) mellem laserlys og plasmaet, der så at sige trækker energi ud af processen.

Et alternativ vil være at lade laserstrålingen ramme direkte ind på brintpiller med en såkaldt direct-drive-teknologi - med de problemer det medfører.

Inertial confinement fusion behøver dog ikke at bruge laserenergi til at sammenpresse brændselspillerne.

Lawrence Berkeley National Laboratory har gennem flere år arbejdet med heavy-ion-fusion (HIF), hvor ioner af xenon, kviksølv eller cæsium accelereres til høj energi for at kunne sammenpresse deuterium-tritium-pillerne.

NIF er baseret på en master oscillator i form af en fiberlaser med en bølgelængde på 1.053 nanometer. Laserstrålen deles og forstærkes i flere led, før de 192 laserbeams til sidst sendes gennem en frekvenskonverter, der omdanner energien til laserstråling med en bølgelængde på 351 nanometer.

Denne omvej fra infrarød stråling til ultraviolet stråling kan undgås, hvis man bruger kraftige krypton-fluorid-lasere med en bølgelængde på 248 nanometer. En sådan teknologi arbejder Naval Research Laboratory på at udvikle.

Endelig kan man også forestille sig en kombination af inertial confinement fusion og magnetisk indeslutning, som i dag studeres ved Jet European Torus i Oxford og i fremtiden ved den kommende Iter-reaktor i Frankrig.

Los Alamos National Laboratory arbejder med en sådan teknologi, som kaldes magnetized target fusion. Med denne skulle man kunne undgå nogle af de ekstreme forhold, som vil findes både ved Iter og NIF - mod til gengæld at få andre udfordringer.

På den baggrund anbefaler National Research Council, at NIF nok skal spille en væsentlig rolle i vurderingen af mulighederne for at udnytte inertial fusion energy, men at man endnu ikke endnu lægger sig fast på et endeligt teknologivalg.

Udvalget konstaterer i øvrigt, at der ikke findes en samlet koordinering af den amerikanske forskning inden for inertial confinement fusion.

Dokumentation

Interim Report-Status of the Study "An Assessment of the Prospects for Inertial Fusion Energy"
National Ignition Facility