Få de daglige nyheder fra Version2 og Ingeniøren. Læs mere om nyhedsbrevene her.

close
Ved at tilmelde dig accepterer du vores Brugerbetingelser, og du accepterer, at Teknologiens Mediehus og IDA-gruppen lejlighedsvis kan kontakte dig om arrangementer, analyser, nyheder, job og tilbud m.m. via telefon og e-mail. I nyhedsbreve, e-mails fra Teknologiens Mediehus kan der forefindes markedsføring fra samarbejdspartnere.
Magnetismebloggen

Magnetisme bag fremtidens energikilde

Dette første blogindlæg i ”Magnetismebloggen” starter udenfor magnetverdenen i kælderen på DTU, hvor jeg denne fredag i august er med til indvielsen af fusionsenergiens nye nordlige udpost, NORTH Tokamak.

Prominente gæster fra ITER i Frankrig og EUROfusion-sammenslutningen lovpriser det nye stykke isenkram. Og det er en flot præstation af fusionsforskerne fra DTU, som nu har en enestående mulighed for at udvikle en ny generation af hands-on fusionsfysikere.

Jeg har arbejdet sammen med forskerne de sidste 10 år om industriens involvering i konstruktion af fusionsanlæg, så selvfølgelig er jeg meget interesseret i foredraget fra Tokamak Energy Ltd fra England. De har designet og bygget tokamak’en og venligst udlånt den til DTU.

Illustration: Martin Jessen, mj-foto.dk

Enorme magnetfelter

Og så til magnetismen: Kort inde i oplægget bliver det klart, at det helt centrale i firmaets fremtidige vision om at lave et kommercielt ”minikraftværk” baseret på fusion, er ekstremt kraftige magnetfelter.

Der bliver talt om magnetfelter på 25 Tesla, som er ret vildt – til sammenligning mætter jern, der bruges i elektromotorer, ved ca. 1,5 Tesla.

Specifikt planlægger Tokamak Energy at bruge høj-temperatur superledere (HTS) til at lave deres spoler. Kun HTS kan bære en høj strøm, når de placeres i et kraftigt magnetfelt.

Det er et felt, jeg selv har arbejdet meget med både industrielt og i samarbejde med CERN, og der ligger stadig en del udviklingsarbejde, før HTS-teknologien er industrielt modnet.

Men Tokamak Energy står måske med den ”killer-application”, som HTS leder efter, og som kan modne og opskalere superleder og magnetteknologien i løbet af (efter min vurdering) 3-4 år.

Magneterne på ITER

Det er ikke overraskende, at magneter spiller en central rolle i realiseringen af fusion som fremtidens energikilde.

I Sydfrankrig er et konsortium af lande, herunder EU, i gang med at bygge ITER, som har været beskrevet flere gange i Ingeniøren.

For at få ITER til at virke, skal man opretholde et plasma på 150 mio grader. Her er kraftige magnetfelter det eneste, der kan holde plasmaet svævende, så det ikke smelter hele strukturen.

Udviklingen af magneterne til ITER startede for mange år siden. Som led i processen er der bl.a. blevet modnet en ny type superledende kabel bestående af niobium-tin (Nb3Sn).

I alt skal der bruges 900 Ton lav-temperatur superlederkabel til ITER af typerne niobium-titan og niobium-tin og de superledende tråde og kryofaciliteten, der skal køle spolerne ned, er noget af det dyreste i projektet.

Spoler så store som et hus

Illustration: © ITER Organization, http://www.iter.org/

ITER skal bruge 18 superledende kæmpespoler på 9 gange 17 meter til selve torusen, hvori plasmaet skal opretholdes.

Yderligere 21 cirkulære spoler skal give stabilitet og mulighed for at korrigere magnetfelterne. Hver spole er nærmest et udviklingsprojekt i sig selv, da de største spoler vejer 400 ton inklusive vakuumkammer og kan bære en strøm på 68.000 Ampere i hver vikling.

Selv om ITER er et internationalt partnerskab, har flere partnere insisteret på at producere netop magnetspolerne, da det bliver en af nøglekompetencerne for at kunne producere fusionskraftværker, når (hvis?) det viser sig at være muligt.

De første spoler er ankommet fra Italien til ITER-sitet Cadarache i Sydfrankrig og skal testes i 2019. Andre spoler leveres af Japan, Kina, USA og Rusland.

Elektromagnetismens jubelår

Så når vi i 2020 fejrer 200-året for H.C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen, så tænk på, at de opdagelser, der blev gjort på Københavns Universitet i 1820’erne har banet vejen for anvendelser langt udenfor universiteternes kældre.

Magnetisme er en central teknologi for både fusionsenergi, mobiltelefoner, vindmøller, elektriske biler, osv. selv om det tit er et overset og svært tilgængeligt fagfelt.

Det er en af grundene til, at vi er en gruppe af virksomheder og universiteter, der sammen driver den almennyttige ”Dansk Magnetisk Forening”.

Med lanceringen af denne Magnetismeblog vil vi slå på tromme for vores passion: den fascinerende verden af magnetisme.

Vi vil skrive om de helt store og de helt små, om de nye og om de historiske, og hvad vi nu ellers støder ind i, som kunne være interessant for folk med teknisk interesse.

Nikolaj Zangenberg er uddannet PhD i materialefysik og centerchef på Teknologisk Institut, hvor han står i spidsen for Instituttets Big Science Center, der kobler virksomheder med store forskningsfaciliteter rundt om i Europa. Magnetismebloggen drives af Dansk Magnetisk Forening (www.danskmagnetiskforening.dk), som er et erhvervsrettet netværk med formål at fremme viden om magnetisme i industrielle anvendelser.
sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

God start på informativ blog.
Måske kan der med fordel bruges links til uddybning af delemner, som ikke er almen viden for alle ingeniør-retninger.

Spørgsmål:
disse kraftige magnetfelter har vel også udbredelse omkring ITER og DTUs tokamak.
Hvor kraftige er de, hvordan er de rumligt fordelt, hvordan er sikkerhedsafstandene, skal alt i “nærheden” være umagnetisk og/eller ikke-ledende (inducerede strømme ved feltændringer / kollaps) ?

Mange kender sikkerhedsforskrifterne omkring analogt hospitalsudstyr med stærke felter.

  • 10
  • 0

Nikolaj Zangenberg er uddannet PhD i ...

  • dén formulering springer mig på én eller anden vis i øjnene! Kan man så også være eksempelvis uddannet dr. scient?
  • 3
  • 6

Hej Nikolaj,

Er der ikke noget med at HTS magneterne har et problem med at der kan "krybe" feltlinier ind, langs krongrænser og defekter i superlederen, hvorfor HTS ikke egner sig til konstante felter?

  • 2
  • 0

Tak for modtagelsen! - godt input med links.
Her er til en start et med mere info om magneterne på ITER: https://www.iter.org/mach/Magnets

Vedr. feltudbredelse aftager feltet med afstanden i anden, så det falder jo hurtigt af. Tokamak'en på DTU kører med meget lave felter (der er heller ikke anvendt superledere), så det er nok kun et problem hvis man svinger sit dankort rundt tæt på spolerne. Men måske der er en frisk DTU-repræsntant, der kan give sit besyv med - evt. lige måle efter med en probe? (jeg mener grænsen for hospitalsarbejdere er på 50 gauss).
På ITER er det en helt anden (og meget støre) sag, og der er stor opmærksomhed på vekselvirkningen mellem stray fields og de anvendte materialer. Og der arbejder man både med umagnetiske ståltyper til fx vakuumkamrene for at undgå fejlfelter fra inducerede hvirvelstrømme (som du nævner), samt materialer med høj-permeabilitet, fx mu-metal, til at afskærme elektroniske systemer.

  • 4
  • 0

Interessant problemstilling, Kristian - og jeg prøvede faktisk at høre repræsentanten fra Tokamak Energy om det var noget de havde taget højde for, hvis de gerne ville lave 25 Tesla HTS spoler.
Uden at jeg skal blive for teknisk med fluxoids og pininng centers i superledere, er det faktisk muligt at "indefryse" den superledende tilstand i en HTS magnet, så tidskonstanten for feltrelaksation er lang (måneder). Det kræver dog, at magneten driftes ved 5-10 Kelvin, hvilket er lavere end man normalt ville ønske, men stadig muligt at opnå med kryokølere.
- og ja: når man taler om spoler og magneter, så er der ikke meget "høj-temperatur" ved høj-temperatur superledere:) (men dog stadig flere attraktive fordele)

  • 2
  • 0

Magnetiske felter har altid været lidt perifert for mig.
Elektriske felter er lettere da alle kan måle volt og afstand. En af enhederne for Tesla (der er mange) er Vs/m2, og det er ikke helt indlysende da magnetfelter dannes af strøm.
Jeg mener at have hørt, at det kan tage en uge at lade en MR scanner op.
En anden spøjs anvendelse er rail gun.

  • 1
  • 2

jeg prøvede faktisk at høre repræsentanten fra Tokamak Energy om det var noget de havde taget højde for, hvis de gerne ville lave 25 Tesla spoker ............ ............ er det faktisk muligt at "indefryse" den superledende tilstand i en HTS magnet

Den "sande" hellige gral, i min verden, er magnetiske lagerringe. Er dette et dødt område, eller noget der stadig forskes i? Den dag man får styr på feltrelaksation er det jo nærmest det ideelle energilager (hvis man ikke brænder det hele af i køling).
Med ideelle energilagre er der nærmest ikke brug for andet end vind og sol til at holde elnettet i live.

  • 3
  • 0

SMES (superconducting magnetic energy storage) området er ikke dødt, men jeg har nu heller ikke hørt om nogen gennembrud de seneste år. Jeg var ikke selv på den europæiske konference for superledning i år i Galsgow (EUCAS, https://www.eucas2019.org/), men jeg kan da se på programmet, at der stadig udvikles på området.
Som det gælder med flere andre superleder-anvendelser venter man stadig på billigere superleder/kryoteknologi. Samtidig er der pt. ikke et pull fra markedet, da batteriteknologien jo er i en rivende udvikling.

  • 0
  • 0

"Er der ren, sikker og billig energi forude? Fysiker Stefan Kragh Nielsen giver en indføring i fusionskraftens historie fra de overmodige 1970ere til nutidens forsigtige optimisme. Med Danmarks nye privatfinansierede fusionsreaktor er han selv med til at opklare, hvad der sker inde i det 'sexede' lyserøde plasma, hvor energien dannes."
https://www.24syv.dk/programmer/24-spoergs...

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