Gennembrud for fusionskraft: Super-X køler plasma med elektromagneter

Uden drivhusgas-udledninger og nærmest ubegrænsede mængder af ikke radioaktiv-brændstof kan fusionskraft være en del af en sikker og bæredygtig fremtidig energiforsyning. Illustration: UK Atomic Energy Authority (UKAEA)

Fusionskraft kaldes for den rene energis hellige gral og kandiderer højt som en af løsningerne på verdens energi- og klimakrise. Et kommercielt fusionskraftværk er dog fortsat en drøm, men nu har et hold britiske forskere for første gang i verdenshistorien testet et koncept til at overvinde en af de største forhindringer: de ekstremt varme restprodukter fra fusionsprocessen.

Det fremgår af en pressemeddelelse fra forskningsinstitutionen UK Atomic Energy Authority (UKAEA), der netop har udgivet de første resultater fra deres såkaldte MAST Upgrade-eksperiment udført på Culham-forskningslaboratoriet nær Oxford i England.

»Det her er fantastiske resultater. Det er det øjeblik, som vores hold hos UKAEA har arbejdet hen mod i næsten et årti,« lyder det fra UKAEA’s Andrew Kirk, der står i spidsen for projektet.

Holdet har »demonstreret effektiviteten af et innovativt udstødningssystem« til at håndtere den brandvarme helium (som dannes, når hydrogen-atomer fusionerer) og andre restprodukter, der på grund af ekstremt høje temperaturer på ganske kort tid kan ødelægge komponenter og materialer.

Læs også: Den oversete tredje vej til fusions-energi

I bunden af en fusionsreaktor sidder en såkaldt ‘divertor’, der opsamler den ekstremt varme helium og andre restprodukter og suger dem ud ved hjælp af elektromagneter. Det er en af disse divertorer, som de britiske forskerne har designet og afprøvet med navnet ‘Super-X divertor’.

»Super-X reducerer varmen på udstødningssystemet fra et blæselampe-niveau ned til noget, der ligner det, som man finder i en bilmotor. Det kan betyde, at den (divertoren, red.) kun skal udskiftes en gang i løbet af et kraftværks levetid,« lyder det fra Andrew Kirk.

Plasmastråle og længere udstødning

Forskernes design svarer omtrent til at gøre udstødningsrøret på en bil længere. Super-X-systemet fungerer ved, at elektromagneter fokuserer plasma-partiklerne til en slags stråle, som styres gennem et langt ‘udstødningsrør’.

Når plasmaet sendes ud på en længere rejse, fordeles varmen (på fagsprog kaldet heatfluxen) på et større område, så plasma-strålen nedkøles og derfor ikke i så høj grad giver varmeskader på materialer og komponenter.

Derudover injiceres plasmaet med gas for at nedkøle plasmastrålen yderligere, hvilket svarer lidt til at komme isterninger i et glas vand. De to processer køler plasmaet til langt lavere temperaturer end en konventionel divertor, viser forskernes resultater.

»Tests ved MAST Upgrade, som begyndte i oktober 2020, har vist mindst en tidobbelt reduktion i varmen på materialer med Super-X-systemet. Det er en game-changer for at kunne bygge fusionskraftværker, som kan levere prisvenlig, effektiv elektricitet,« fremgår det af pressemeddelelsen.

Ekstremt varmt spildprodukt

I den mest udbredte og fortsat eksperimentelle fusionsreaktor, der kaldes for en tokamak, opvarmes brændstoffet i form af brintatomer til 200 millioner grader celsius, så de går fra at være en gas til et plasma (den fjerde fasetilstand udover fast stof, væske og neutral gas).

Når plasmaet er varmt nok, begynder atomerne at fusionere til helium, hvilket frigiver store mængder energi. Det er den samme proces, der foregår i Solen og andre stjerner.

I tokamakken sørger store elektromagneter for, at dette plasma ikke kommer i kontakt med reaktorens vægge, som på grund af den ekstreme varme ellers ville smelte. Men når det brandvarme helium og andre restprodukter skal lukkes ud, kan de på meget kort tid ødelægge de fleste materialer og materialer.

En af de største udfordringer for at udvikle en kommerciel og bæredygtig tokamak-reaktor består i effektivt at lukke disse ekstremt varme restprodukter ud, så komponenter ikke ødelægges og regelmæssigt skal udskiftes.

For at løse denne udfordring udviklede og testede de britiske forskere fra UKAEA udstødningssystemet ‘Super-X divertor’ for at få komponenterne i en fremtidig kommerciel tokamak-reaktor til at holde længere, undgå driftsforstyrrelser og reducere prisen på strøm fra fusionsenergi.

»Det er en afgørende udvikling for Storbritanniens plan om at sætte et fusionskraftværk på elnettet i begyndelsen af 2040’erne – og for at bringe kulstoffattig energi fra fusion til verden,« lyder det fra Andrew Kirk.

UKAEA planlægger at bygge en prototype af et fusionskraftværk kendt som STEP i begyndelsen af 2040’erne ved at bruge en såkaldt ‘sfærisk tokamak’. Ifølge forskningsinstitutionen er Super-X divertor et kæmpe løft for ingeniørernr, der designer STEP-reaktoren, da den er særligt velegnet til den sfæriske tokamak.

Hør i videoen herunder forskerne fra UKAEA MAST Upgrade-projekt fortælle mere om deres Super-X divertor-design og potentialet for fusionskraft:

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvordan kan varme være et spildprodukt? Det er vel det man i de fleste kraftværker anser for den fornemmeste resurse til at producere den damp, man lukker ud i en turbine for at producere elektrisk energi.

  • 11
  • 5

UKAEA planlægger at bygge en prototype af et fusionskraftværk kendt som STEP i begyndelsen af 2040’erne ved at bruge en såkaldt ‘sfærisk tokamak’.

Vil det sige at kommercielt anvendelig fusionskraft er 20 år væk? De sidste mange år (i hvert fald siden den første energikrise) har det ellers været 30 år væk!

Jeg er bange for at fusionskraft er en af de teknologier der er ligeved og næsten i rigtig mange år, og som vi bør være varsomme med at bruge til vores planlægning af hockeystaven.

  • 34
  • 4

Nej, varmen er ikke et spildprodukt, men helium er. En fusionsreaktor kræver kostant indsprøjtning af brændstof, ind i et lukket rum, hvor det opvarmes og fusionerer.

Derved opstår nogle restprodukter som naturligvis skal fjernes kontinuerligt. Men vi kan ikke rigtig have en 100 milioner grader varm plasmastråle til at sprøjte ud af reaktoren?

Fussionsreaktore producerer stråling, som rammer reaktorvægen, som er væskekølet. Det driver så en dampmaskine.

Præcis på samme måde som en fissionsreaktor. Dem der faktisk fungerer og har produceret energi de sidste 50 år, men som vi prøver at afskaffe pga dumhed.

  • 27
  • 23

En fussionsreaktor kan ikke udvikle radiaoktive grundstoffer som kan bruges i atomvåben.

Der er intens stråling, deriblandt neutronstråling i reaktoren. Hvis U238, indsættes i reaktoren kan de transmuteres til Plutonium, og alle mulige andre transuraner.

Atomvåben produktion er et Politisk valg, langt mere end et tekniskt spørgsmål.

Bare vent til disse maskiner fungerer, så vil fosilindustrien og de grønne skrue op for mod- argumenterne.

  • 9
  • 35

Artiklen nævner at denne type divertor er specielt velegnet til sfæriske tokamakker.

Den store testreaktor ITER som er ved at blive bygget er som bekendt en torus-formet tokamak. Er det muligt at bruge de nye erfaringer til at optimere divertoren i ITER, og mon det i så fald er ændringer som de har tænkt sig introducere allerede før first plasma?

  • 6
  • 1

Citat fra artikel: "...Super-X-systemet fungerer ved, at elektromagneter fokuserer plasma-partiklerne til en slags stråle, som styres gennem et langt ‘udstødningsrør’..."

I så fald er der tale om elektrisk ladede partikler og så kan en MHD-generator bremse partiklerne og udvinde elektrisk energi i processen...

  • 1
  • 1

afskaffe pga dumhed

Fission er et lejrbål på toppen af et kulbjerg. Fusion er et lejrbål på en tømmerflåde.

Begge dele kræver man er klog, men fumler man, så er konsekvenserne meget forskellige.

For at elektrificere DK fuldt ud skal vi bruge 30 stk 1 GW reaktorer, verden over 50000 stk.

  • 9
  • 1

UKAEA planlægger at bygge en prototype af et fusionskraftværk kendt som STEP i begyndelsen af 2040’erne ved at bruge en såkaldt ‘sfærisk tokamak’.

Vil det sige at kommercielt anvendelig fusionskraft er 20 år væk? De sidste mange år (i hvert fald siden den første energikrise) har det ellers været 30 år væk!

Godt set!!! Der er en del af den slags teknologier (og særligt den almindelige implementering) der har haft en løbende deadline siden '50 erne f.eks. flyvende biler, supersonisk lufttransport i almindelig service m.fl.

Men ja, nu ser den løbende deadline ud til at være skrumpet :-)

  • 1
  • 1

Michael Fos

Præcis på samme måde som en fissionsreaktor. Dem der faktisk fungerer og har produceret energi de sidste 50 år, men som vi prøver at afskaffe pga dumhed.

Teknologiens historie er en lang fortælling om kreativ destruktion.

Ingen prøver aktivt at ødelægge mulighederne for KK det har industrien selv klaret helt på egen hånd.

Der kommer ikke nogen omkamp slaget er tabt, fordi KK på ingen måde har udsigt til at kunne konkurrere.

Du kan heller ikke bruge kontrafaktisk analyse til at forklare at KK tabte, for selv om alle havde klumret i det og satset på KK, så ville vedvarende energi alligevel have taget markedet, men måske lidt senere og efter meget dyrere fjollerier.

Der er ikke noget hul igennem til KK, der kan konkurrere.

Fusions energi er også dødfødt uanset, hvornår praktiske anlæg dukker op.

  • 7
  • 8

Morten Andersen

Godt set!!! Der er en del af den slags teknologier (og særligt den almindelige implementering) der har haft en løbende deadline siden '50 erne f.eks. flyvende biler, supersonisk lufttransport i almindelig service m.fl.

Flyvende biler og supersonisk luftfart bliver gængs, men det skal vi næppe forvente mht. energi fra fusion.

Det er snart et spørgsmål om tid før man må forvente at Fusionsforskning flyttes til teoretisk niveau.

  • 0
  • 6

Du kan heller ikke bruge kontrafaktisk analyse til at forklare at KK tabte, for selv om alle havde klumret i det og satset på KK, så ville vedvarende energi alligevel have taget markedet, men måske lidt senere og efter meget dyrere fjollerier.

Jens, selv om din retorik er lidt konfrontationssøgende må jeg nok give dig ret: Den primære årsag til at KK's økonomi ikke spillede så stor en rolle i den tidlige udbredelse var vel at man havde brug for materiale til bomber? Når man ikke har det falder ideen lidt til jordenP Måske det samme ultimativt vil gøre sig gældende for FK - det er for kompliceret og bliver for dyrt? Alt sammen nok lidt afhængigt af udviklingen mht energioplagring f.eks. store batteier til kapacitetsudligning?

Mvh Morten

  • 2
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten