Tirsdag i denne uge kunne amerikanske energimyndigheder og forskere fra Lawrence Livermore National Laboratory i USA præsentere resultaterne af historiens første fusionsreaktion med et større energioutput end -input opnået på National Ignition Facility (NIF) i starten af december.
Break even for laserfusion.
Som vi også skrev her på Ingeniøren, havde rygterne verseret op til offentliggørelsen af de videnskabelige resultater, der hurtigt løb verden rundt efter deres offentliggørelse.
Og det viste sig, at bedriften var bedre end sit rygte.
Derfor imponerer resultaterne også seniorforsker i plasmafysik og fusionsenergi på DTU Fysik Søren Bang Korsholm. Om muligt endnu mere, end hvad han først gav udtryk for, mens varslet lød på en energiproduktion på 2,5 MJ ved fusion af deuterium og tritium mod et input på 2,1 MJ.
»Det viste sig jo, at de nåede op på 3,15 MJ mod et laser-input på 2,05 MJ. Det er en faktor 1,5 mod rygterne på en faktor 1,2,« siger Søren Bang Korsholm.
Det er samtidig en væsentlig forbedring i forhold til NIF’s hidtil største bedrift. En fusion mellem deuterium og tritium med et output på 1,37 MJ, hvilket sidenhen er blevet tolket som ignition.
»Man tænker, hvad har de gjort anderledes?,« siger DTU-seniorforskeren.
Netop det kunne forskningsledere og andre tilknyttet Lawrence Livermore National Laboratory, som driver NIF, give en del svar på under et pressemøde i det amerikanske energiministerium tirsdag.
Søren Bang Korsholm har også diskuteret svarene med kolleger på DTU og vender tilbage til én central forbedring.
Bedre symmetri.
»Som vi forstår det, så er der tale om forbedringer i target-produktionen. Altså den lille pille eller kapsel, som befinder sig i det såkaldte hohlraum. Her er det lykkedes at opnå større symmetri,« siger Søren Bang Korsholm.
I den laserbaserede fusion, som forskes i på NIF, opstår fusionen mellem brint-isotoperne deuterium og tritium, som er indesluttet i en lille kapsel af diamant (se boks) inde i hohlraum.
Som Science beskriver, fordamper denne diamantkapsel som følge af indirekte laserbestråling. Trykket herfra får brintisotoperne til at implodere under ekstremt tryk og temperaturer på millioner af grader. Herefter kan fusionen opstå.
Men som det blev forklaret på tirsdagens pressemøde, er en succesfuld fusion forudsat af, at kompressionen af brændslet er symmetrisk.
Ikke med form som en pandekage eller rugbybold. Perfekt sfærisk.
»Symmetri er væsentligt. Der skal trykkes lige meget på alle sider af brændslet,« som Søren Bang Korsholm siger.
Det har forskerne på NIF blandt andet forsøgt at forbedre ved at kigge på overfladen af diamantskallen, som i det konkrete gennembrudseksperiment var en smule tykkere end ved tidligere forsøg.
Men symmetrien kan også forbedres på anden vis.
»Det virkede også som om, at de havde arbejdet på mere symmetri fra laserne. Blandt andet ved at se på, hvordan beams kommer ind i hohlraum,« siger Søren Bang Korsholm.
Den slags forklaringer var nogle af dem, som Søren Bang Korsholm efterlyste op til pressemødet tirsdag, hvor et andet spørgsmål også trængte sig på.
Hvordan var den såkaldte Q-faktor, der er en slags udtryk for virkningsgraden, beregnet?
Som vi tidligere har omtalt her på Ingeniøren, kan der rejses spørgsmål ved, hvor meget af et fusionseksperiments energi-input, der skal inkluderes og stilles op mod et eventuelt output fra fusionen.
Her præsenteres NIF’s resultater som det første eksempel på Q>1.
»Jeg synes, at de beregner Q-faktoren på en fair og relevant måde,« siger Søren Bang Korsholm.
»De har set på, hvor meget lasereffekt der er kommet til hohlraum, og hvad der er kommet ud herfra. De tager ikke højde for effekten af hele systemet, men det er heller ikke relevant for selve eksperimentet,« siger han og refererer derfor til faktoren som et videnskabeligt Q.
Og så er DTU-seniorforskeren positivt overrasket over at høre, at NIF-forskerne valgte at indkalde eksterne eksperter, så resultaterne kunne blive peer reviewed på blot en uge, inden de blev præsenteret for offentligheden.
Selve det succesrige eksperiment blev gennemført d. 5. december, men blev først offentliggjort d. 13.
Tilbage står Søren Bang Korsholm dog med et ikke uvæsentligt spørgsmål.
»Kan de komme længere end det her? Hvad ser de selv som det maksimale output, de kan opnå?«
Byggeriet af NIF-faciliteten begyndte i 1997 og stod færdig i 2009. Men som Søren Bang Korsholm fremhæver, så er laser-teknologien bag fra 80’erne, så hvor meget mere kan der skrues på effekten af dem for et at opnå et større input? Eller hvad med symmetrien?
En anden mulighed er at gøre brændselspillerne mere symmetriske eller større. Men det sidste ser Søren Bang Korsholm udfordringer ved, da det er vigtigt at opretholde balancen mellem det laserinducerede tryk på brændslet og modtrykket fra fusionen.
»Spørgsmålet er, om der skal bygges et helt nyt eksperiment for at komme op på højere energiniveauer,« siger DTU-seniorforskeren, som selv forsker i magnetisk indesluttet fusion og ikke laserfusion.
Denne tvivl bidrager til at understrege en væsentlig pointe.
Resultaterne opnået på NIF er kun store i en videnskabelig sammenhæng. Der er ikke tale om et nybrud inden for fossilfri energi.
For det første er Q>1 kun beregnet som selve eksperimentets virkningsgrad. Èt enkelt ‘skud’ med laseren, som i det succesrige eksperiment, kræver omkring 300 MJ i sig selv, som det da også blev fremhævet på tirsdagens pressemøde. Q-total er altså langt fra at overstige én.
For det andet kræver det adskillige skud i døgnet at opretholde en egentlig energiproduktion, mens det indtil nu er lykkedes med ét.
»De skal brænde 10-20 piller af i sekundet. Nu har de vist, at de har kunnet brænde én i en laserpuls på nanosekund skala,« siger Søren Bang Korsholm.
»Det er altså ikke sådan, at vi står i overmorgen og bygger kraftværker med laserfusion.«
