Spørg Scientariet: Hvordan virker fusionsmetoden ’focus-fusion’?

Thomas Sunn Pedersen. Illustration: Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

Vores læser Steffen Rasmussen spørger:

Inspireret af et spørgsmål om fusionsenergi, tænkte jeg på, om der var andre måder at skabe fusion end den ’sædvanlige’ tokamak-model?

Jeg faldt over siden http://www.focusfusion.org/, der umiddelbart virker ganske interessant. Da siden virker ukritisk, ville jeg høre, om nogen fra Scientariet kan præcisere:

1) Hvordan ’focus-fusion’ virker samt teknologiernes fordele og ulemper?

2) Hvorfor der i det internationale forskningsmiljø så ensidigt bliver satset på tokamak-modellen, når der stadig er mange problemer?

Læs også: Kompliceret fusionsreaktor er kommet perfekt fra start

Thomas Sunn Pedersen, direktør for den eksperimentelle forskningsdivision for stellaratorkant- og divertorfysik ved Max Planck Instituttet for Plasmafysik, svarer:

Et plasma focus er en anordning, hvor man skaber et plasma som en udladning mellem to koncentriske cylindere, som har en stor spændingsforskel (op til 300.000 volt).

Imellem cylinderne, dvs. i plasmaet, løber så op til over en million ampere, hvilket varmer plasmaet voldsomt op (effekten er jo op til flere hundrede gigawatt, og plasmaet kun 5-10 cm stort), og samtidig skaber strømmen et magnetfelt, der komprimerer og til en vis grad også indeslutter plasmaet.

Derved kan man nå fusionsrelevante temperaturer, helt op til en milliard grader celsius, og har også observeret fusionsprocesser.

Dette er dog langt fra at være en netto-energikilde. Hver udladning varer under et mikrosekund, og mængden af energi, man skal levere for at lave plasmaet, er mange størrelsesordener større end den fusionsenergi, der produceres.

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

Dertil kommer, at firmaet Focus Fusion ønsker at bruge p-B11-fusion, hvilket er mindst en faktor 10 sværere at lave energi med end deuteirum og tritium (D-T-fusion) - p-B11-fusion er en sammensmeltning af en proton og en bor-atomkerne - den nye kerne går momentant i stykker til tre heliumkerner.

Da alle produkterne er ladede og ikke-radioaktive er dette den ’eleganteste’ fusionsreaktion, dog kræver den som nævnt mindst 10 gange højere temperaturer end D-T fusion og regnes generelt ikke for at være et realistisk bud på et fusionsenergikoncept hverken i den nærmeste eller fjernere fremtid.

Fordelene ville være, at det er relativt små apparater, der bruges, og - hvis man holder ved p-B11-fusion - at der ikke skabes nogen neutronstråling. Deuterium og tritium er de to kerner af henholdsvis tung og ekstratung brint, som det er lettest at fusionere. Det er også disse materialer, der benyttes i fusionsbomber, også kaldet brintbomber.

Læs også: Indkøring af europæisk fusionsanlæg går som planlagt

Et par videnskabelige artikler om emnet findes her:

L. Soto, “New trends and future perspectives on plasma focus research”, Plasma Phys. Control. Fusion vol. 47 A361–A381(2005)

A. Bernard et al., “Scientific status of plasma focus research”, J. Moscow Phys. Soc. vol 8, p. 93-170 (1998)

Hvad angår Tokamak-modellen, så har den sine problemer, men også sine styrker, og vi kender begge dele ret godt nu efter at have bygget så mange af dem.

Læs også: Fusionsreaktoren Iter er havnet i ny omkostningskrise

Se mere om Tokamak vs. stelleratoren i Thomas’ foredrag her - spol til 13:30 - eller i boksen til højre.

Der bliver satset så meget på tokamakken, fordi den stadig den dag i dag er den konfiguration, der holder bedst på plasmavarmen, også ved temperaturer relevante for fusion, og dermed har bragt os tættest på netto-energiproduktion.

Der forskes også i andre koncepter, også i offentligt regi, især er stellaratoren ved at få et ordentligt comeback. Den er begyndt at hale ind på tokamakken, hvad angår indeslutningen af varmen, hvilket tidligere var dens akilleshæl. Og i stellaratoren er de største tokamak-problemer ikke til stede, da plasmaet kan holdes stabilt i så lang tid, man vil.

Spørg fagfolket

Du kan spørge om alt inden for teknologi og naturvidenskab. Redaktionen udvælger indsendte spørgsmål og finder den bedste ekspert til at svare – eller sender spørgsmålet videre til vores kloge læsere. Klik her for at stille dit spørgsmål til fagfolket.