Forskere vil gøre laserfusion til praktisk energikilde inden 2030

15. marts 2012 kl. 12:5710
Forskere vil gøre laserfusion til praktisk energikilde inden 2030
Illustration: LLNL.
Ifølge optimistiske tidsplaner kan laserfusion danne basis for kommercielle kraftværker om en snes år. Se her, hvordan forskerne forestiller sig, et sådant kraftværk kan skrues sammen, og hvor de udestående problemer er.
Artiklen er ældre end 30 dage

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.

Sådan forestiller man sig, et laserfusions-kraftværk kan se ud om 20 år. Laserystemet med optiske forstærkere ses øverst i billedet – det koncentrerer energi i midten af kammeret, hvor det rammer brændselskapsler, der skydes ned gennem kammeret 16 gange i sekundet. Energien opsamles i væggene uden om kammeret, der indeholder flydende lithium, og omdannes til varme, der kan anvendes til dampturbiner. (Grafik: LLNL) Illustration: LLNL.

Artiklen fortsætter efter annoncen

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.

Læs også: Forskningsråd: Der er andre veje til laserfusion end verdens kraftigste laser

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

Artiklen fortsætter efter annoncen

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.

Læs også: Superlaser sammenpresser diamant til 50 megabar

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.

Artiklen fortsætter efter annoncen

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.

Læs også: Verdens største laser sætter energirekord

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.

Læs også: Forsinkelse af kæmpe-laser truer vedligeholdelse af kernevåben

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.

Læs også: En genvej til laserfusion

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)

10 kommentarer.  Hop til debatten
Debatten
Log ind eller opret en bruger for at deltage i debatten.
settingsDebatindstillinger
10
Videnskabsredaktør -
20. marts 2012 kl. 08:55
Videnskabsredaktør

Kan vi så opsige vores medlemsskab af ITER nu?

Nej. For Danmark er kun indirekte medlem af ITER via EU.

9
16. marts 2012 kl. 12:36

Nemlig at se hvor vanskeligt og hvor kostbart det er at tro på den slags. Det burde ikke være nødvendigt, men politikere er nogle værre snakkebasser der tror på både jule- og nissemænd, og der skal ofres virkeligt mange penge for at de forstår hvor håbløst ITER er. Hvis de ville ofre de samme penge på ny batteriteknologi og på lagring af solvarme, så ville meget være nået. Det vil dog fortsat være en fordel at opfange solens varme i solpaneler til eksempelvis fjernvarmebrug. Der har vi nemlig allerede etableret et fordelingsnet, og det kan gøres her og nu. Det gør vi så i vor lille by i løbet af sommeren. Nabobyen etablerede med stort held allerede sidste år, og er nu ved at fordoble deres anlæg. Det samme sker flere steder jeg kender og kommer.

8
16. marts 2012 kl. 12:28

Kan vi så opsige vores medlemsskab af ITER nu?

7
16. marts 2012 kl. 09:26

Vi kan næppe være mere enige, og jeg har efterlyst løsninger på dette problem i flere år. Jeg skrev dengang Connie Hedegård var nytiltrådt minister til Energiministeriet, men de havde kun standby problemet for øje, og tog eksempelvis ikke problemet op med de meget store forskelle der var på de enkelte TV-apparaters strømforbrug. Forskelle så store at det kunne "betale" mange gange standby problemet.

Kort sagt politik i en nøddeskal - gør som dine embedsmænd siger.

Denne udvikling vil nok være kostbar - på kort sigt - men kan vi indvære skifergas og andre olieprodukter, så vil det være lykken.

Der er i øvrigt også gjort en opfindelse der kan lagre solskin i en transportabel form, men denne lagring kan kun bruges til gendannelse om varme - indtil 400 grader celcius, men se selv:

http://ing.dk/artikel/120712-nyt-materiale-gemmer-solvarme-i-en-kemisk-binding

6
16. marts 2012 kl. 08:49

Lagringsproblemet med elektricitet kan løses betydeligt bedre end i dag.</p>
<p>

Helt enig - lagring ER er et problem. Min pointe er blot, at VE kan det samme som fusion så snart den rette lagerteknologi er på plads. Da den rette lagerteknologi er tættere på en teknisk løsning end fusion (det være sig enten tokamak eller laser baseret), så ville det give mere mening at bruge flere resourcer på at udvikle en ordentlig lagerteknologi. Lige nu drives batteriudviklingen af behovet for lette, kompakte batterier i computere. Hverken lethed eller lille formfaktor har praktisk betydning hvis man skal gemme strøm til en by.

3
15. marts 2012 kl. 23:46

De fleste af fusionsmidlerne går til ITER - der er baseret på magnetisk indeslutning. Langt færre, går til laserfusion - trods laserfusion, måske er tættere på at kunne opnås. Et laserfusionseksperiment som Hipher, er også billigere end ITER.

Endnu er ingen, der har "modbevist" at andre former for fusion, er en farbar løsning. Men der investeres ufatteligt lidt i dette. Som eksempel kan nævnes focus-fusion. Som sædvanligt, er det svært at opnå break-even, hvor fusionsprocessen kan drive sig selv. Men det kan ikke modbevises, at det er muligt.

Måske er ikke helt rigtigt, at der investeres meget i Fusion. Men, der investeres meget i fusion baseret på magnetisk indeslutning. Laser fusion ligger på 2. pladsen.

2
15. marts 2012 kl. 22:26

Tænk hvis blot 1/10 af de penge der postes i fusionskraft blev brugt på grundforskning indenfor VE i almindelighed og teknikker til lagring af strøm i særdeleshed..........

1
15. marts 2012 kl. 17:06

"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."

Hold da op. Men glæder mig til at høre mere om det.