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.

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

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.