Dansk fysiker forsker i fusionsenergi i Tyskland: »Greifswald er et drømmejob«

Thomas Sunn Pedersen foran stellaratoren i Greifswald i opbygningsfasen. Den kørte første gang den 10. december, men der er flere år til forsøget kommer op i fuld skala. (Foto: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik)

Civilingeniør Thomas Sunn Pedersen forlod topuniversiteter i New York og Boston for i en tysk provinsby at afprøve en alternativ vej til fusionsenergi.

Greifswald, Tyskland

Civilingeniør Thomas Sunn Pedersen tog i 2011 en beslutning, som mange sikkert vil have svært ved at forstå.

Efter næsten 15 års virke ved nogle af verdens førende universiteter i Boston og New York flyttede han med sin familie til den lille provinsby Greifswald i den nordøstligste del af Tyskland – et sted, som mange vil kalde Udkantstyskland.

Centrum i Greifswald. (Foto: Wikipedia)

»Jeg har levet storbylivet ud. Greifswald er en familievenlig by, hvor mine børn let selv kommer rundt på cykel. Men der er heller ikke mere udkant over det, end at det kun tager to en halv time at komme til Berlin,« siger Thomas Sunn Pedersen.

Han har fundet vej hertil, da han har en særlig ekspertise inden for den form for teknologi til fusionsenergi, det lokale Max Planck-institut for plasmafysik skal afprøve.

»Da jeg boede i USA, overvejede jeg ikke på noget tidspunkt et job i Tyskland. Jeg forestillede mig en fremtid i USA eller Danmark. Men da Tyskland kaldte, kunne jeg se, at der her var en enestående chance for at kombinere en lederstilling med forskning. Det er et drømmejob – og så er det tilmed tæt på Danmark,« siger Thomas Sunn Pedersen.

I et fusionsanlæg opvarmes brint­isotoper til over hundrede millioner grader. Ved denne temperatur vil atomkerner og elektroner løsrives fra hinanden, så de udgør et plasma med positivt og negativt ladede partikler.

Ved den høje temperatur besidder atomkernerne så stor kinetisk energi, at de kan smelte sammen, uden at den elektriske frastødning kan forhindre dette.

Når en deuteriumkerne med en proton og en neutron eksempelvis smelter sammen med en tritiumkerne med en proton og to neutroner, dannes en heliumkerne og en fri neutron. I fusionsprocessen frigives samtidig en stor mængde energi.

For at det varme plasma ikke skal komme i kontakt med omgivelserne, holdes det af magnetfelter svævende i reaktionskammeret, der er formet som et bildæk eller en torus, som fusionsforskerne foretrækker at kalde det.

Ved den internationale fusions­reaktor Iter, der er under opbygning i Sydfrankrig og som forventes færdig om ca. ti år, benyttes et gammel sovjetisk princip fra 1950’erne, der kaldes for en tokamak, hvilket er russisk forkortelse for ‘toroidalt kammer med magnetisk felt’.

Man skal umiddelbart være noget af en ekspert for at se, at fusionsanlægget i Greifswald, Wendelstein 7-X, ikke er en tokamak, men en såkaldt stellarator.

Læs også: Stellaratoren er fusionsforskningens redningskrans

I både tokamakker og stellaratorer har man spoler placeret rundt om kammeret, som danner lukkede magnetiske feltlinjer hele vejen rundt i kammeret. De elektrisk ladede partikler i plasmaet følger disse feltlinjer og holdes borte fra væggene.

Som Director for Stellarator Edge and Divertor Physics – divertoren er den del i anlægget, hvorfra affaldsprodukter fjernes og som er i tættest kontakt med plasmaet – er det Thomas Sunn Pedersens opgave at sikre dette.

»Hvis samspillet mellem kantplasmaet og kammervæggene virker, så fungerer fusionsprocesserne i centrum af plasmaet også,« siger han.

To former for snoning

Af hensyn til stabiliteten af plasmaet, er man nødt til at give feltlinjerne en snoning. Det kan opnås på to måder.

Konfiguration for magnetfeltspoler (blå) og det snoede magnetiske felt i Wendelstein 7-X. (Grafik: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik)

I en tokamak har man ud over de toroidale magnetfeltspoler også en elektrisk strøm rundt i plasmaet, som sættes i gang af en magnetfeltspole, der går ned gennem midten af reaktoren.

I en stellarator har man ingen kraftig lodretgående magnetisk spole og ingen elektrisk strøm i plasmaet. Her opnås det snoede magnetfelt udelukkende af spolerne, der går rundt om kammeret. Det betyder også, at en stellarator ikke er ringformet som en tokamak. Ved nøjere eftersyn er det tydeligt, at Wendelstein 7-X er en femkant.

En stellarator er i sammenligning med en tokamak uhyre svær at designe og bygge.

»Vi skal teste den formodning, at den til gengæld er meget lettere at operere,« siger Thomas Sunn Pedersen.

Under sit ph.d.-studie ved MIT udviklede Thomas Sunn Pedersen et røntgenkamera til at se, hvordan kanten af plasmaet kunne suge urenheder ind.

Thomas Sunn Pedersens stellarator i New York: Columbia Nonneutral Torus. (Foto: Columbia University)

»Mange tvivlede faktisk på mine målinger dengang, men andre forskere har siden med helt anderledes målinger set det samme,« siger han.

Det er viden, som kommer ham til gavn i hans nuværende stilling.

»Vi kommer aldrig til at opnå den ønskede plasmalevetid på 30 minutter, hvis plasmaet er urent,« siger Thomas Sunn Pedersen, som efter MIT blev ansat på Columbia University i New York.

Her byggede han helt fra bunden sin egen lille stellarator til studier af ikke-neutrale plasmaer, Columbia Nonneutral Torus, med en størrelse på halvanden meter i diameter, som han bl.a. brugte til at studere, hvordan et elektronplasma er bundet til magnetiske overflader.

Kommentarer (0)