Innovative prosjekter som bruker moderne superledere vil snart tillate kontrollert termonukleær fusjon, sier noen optimister. Eksperter spår imidlertid at praktisk anvendelse vil ta flere tiår.
Hvorfor er det så vanskelig?
Fusjonsenergi regnes som en potensiell energikilde for fremtiden. Dette er den rene energien til atomet. Men hva er det og hvorfor er det så vanskelig å oppnå? Til å begynne med må vi forstå forskjellen mellom klassisk kjernefysisk fisjon og termonukleær fusjon.
Fisjonen av atomet er når radioaktive isotoper - uran eller plutonium - sp altes og omdannes til andre høyradioaktive isotoper, som deretter må begraves eller resirkuleres.
Fusjonsreaksjonen består i at to isotoper av hydrogen - deuterium og tritium - smelter sammen til en enkelt helhet, og danner ikke-giftig helium og et enkelt nøytron, uten å produsere radioaktivt avfall.
Kontrollproblem
Reagerer på detskje i solen eller i en hydrogenbombe - dette er termonukleær fusjon, og ingeniører står overfor en skremmende oppgave - hvordan kontrollere denne prosessen på et kraftverk?
Dette er noe forskere har jobbet med siden 1960-tallet. En annen eksperimentell fusjonsreaktor k alt Wendelstein 7-X har startet drift i den nordtyske byen Greifswald. Den er ennå ikke designet for å skape en reaksjon – det er bare en spesiell design som blir testet (en stjernebilde i stedet for en tokamak).
Høyenergiplasma
Alle termonukleære installasjoner har et fellestrekk – en ringformet form. Den er basert på ideen om å bruke kraftige elektromagneter for å skape et sterkt elektromagnetisk felt formet som en torus – et oppblåst sykkelrør.
Dette elektromagnetiske feltet må være så tett at når det varmes opp i en mikrobølgeovn til én million grader Celsius, må det dukke opp et plasma helt i midten av ringen. Deretter tennes den slik at fusjon kan begynne.
Demonstrasjon av muligheter
I Europa pågår to slike eksperimenter for tiden. En av dem er Wendelstein 7-X, som nylig genererte sitt første heliumplasma. Den andre er ITER, et enormt eksperimentelt fusjonsanlegg i Sør-Frankrike som fortsatt er under bygging og vil være klart til bruk i 2023.
Det antas at reelle kjernefysiske reaksjoner vil skje ved ITER, men kun ifor en kort periode og absolutt ikke lenger enn 60 minutter. Denne reaktoren er bare ett av mange skritt mot å gjøre kjernefysisk fusjon til en realitet.
Fusjonsreaktor: mindre og kraftigere
Nylig har flere designere annonsert et nytt reaktordesign. I følge en gruppe studenter fra Massachusetts Institute of Technology, samt representanter for våpenselskapet Lockheed Martin, kan fusjon utføres i anlegg som er mye kraftigere og mindre enn ITER, og de er klare til å gjøre det innen ti år.
Ideen med det nye designet er å bruke moderne høytemperatur-superledere i elektromagneter, som viser sine egenskaper når de avkjøles med flytende nitrogen, i stedet for konvensjonelle, som krever flytende helium. En ny, mer fleksibel teknologi vil tillate en fullstendig redesign av reaktoren.
Klaus Hesch, som er ansvarlig for kjernefysisk fusjonsteknologi ved Karlsruhe Institute of Technology i sørvest-Tyskland, er skeptisk. Den støtter bruken av nye høytemperatursuperledere for nye reaktordesign. Men ifølge ham er det ikke nok å utvikle noe på en datamaskin, med tanke på fysikkens lover. Det er nødvendig å ta hensyn til utfordringene som oppstår når en idé skal settes ut i livet.
Sci-fi
Ifølge Hesh viser MIT-studentmodellen kun muligheten for et prosjekt. Men det er faktisk mye science fiction. Prosjektantyder at de alvorlige tekniske problemene med fusjon er løst. Men moderne vitenskap har ingen anelse om hvordan de skal løses.
Et slikt problem er ideen om sammenleggbare spoler. Elektromagneter kan demonteres for å komme inn i ringen som holder plasmaet i MIT-designmodellen.
Dette ville være veldig nyttig fordi man kunne få tilgang til objekter i det interne systemet og erstatte dem. Men i virkeligheten er superledere laget av keramisk materiale. Hundrevis av dem må flettes sammen på en sofistikert måte for å danne riktig magnetfelt. Og her er det mer grunnleggende vanskeligheter: forbindelsene mellom dem er ikke så enkle som tilkoblingene til kobberkabler. Ingen har ennå tenkt på konsepter som kan bidra til å løse slike problemer.
For varmt
Høy temperatur er også et problem. I kjernen av fusjonsplasmaet vil temperaturen nå rundt 150 millioner grader Celsius. Denne ekstreme varmen forblir på plass - midt i sentrum av den ioniserte gassen. Men selv rundt det er det fortsatt veldig varmt - fra 500 til 700 grader i reaktorsonen, som er det indre laget av et metallrør der tritiumet som er nødvendig for at kjernefysisk fusjon skal oppstå vil "reprodusere"
Fusjonsreaktoren har et enda større problem - den såk alte strømutløsningen. Dette er den delen av systemet som mottar det brukte drivstoffet, hovedsakelig helium, fra fusjonsprosessen. Førstmetallkomponentene som den varme gassen kommer inn i kalles "avledere". Den kan varmes opp til over 2000 °C.
Divertor problem
For at anlegget skal tåle disse temperaturene, prøver ingeniører å bruke metallet wolfram som brukes i gammeldagse glødepærer. Smeltepunktet til wolfram er omtrent 3000 grader. Men det er også andre begrensninger.
I ITER kan dette gjøres, fordi oppvarmingen i den ikke skjer konstant. Det antas at reaktoren vil være i drift kun 1-3 % av tiden. Men det er ikke et alternativ for et kraftverk som må kjøre 24/7. Og hvis noen hevder å kunne bygge en mindre reaktor med samme kraft som ITER, er det trygt å si at han ikke har en løsning på avlederproblemet.
Kraftverk om noen tiår
Forskerne er likevel optimistiske med tanke på utviklingen av termonukleære reaktorer, men det vil ikke gå så raskt som noen entusiaster forutsier.
ITER skal vise at kontrollert fusjon faktisk kan produsere mer energi enn det som ville blitt brukt på oppvarming av plasma. Neste trinn er å bygge et splitter nytt hybrid demonstrasjonskraftverk som faktisk genererer strøm.
Ingeniører jobber allerede med designet. De må lære av ITER, som etter planen skal lanseres i 2023. Med tanke på tiden som kreves for design, planlegging og bygging, ser det ut til atdet er usannsynlig at det første fusjonskraftverket vil bli lansert mye tidligere enn midten av det 21. århundre.
Rossi Cold Fusion
I 2014 konkluderte en uavhengig test av E-Cat-reaktoren med at enheten produserte et gjennomsnitt på 2800 watt i løpet av en 32-dagers periode med et forbruk på 900 watt. Dette er mer enn noen kjemisk reaksjon er i stand til å isolere. Resultatet taler enten om et gjennombrudd innen termonukleær fusjon, eller om direkte svindel. Rapporten skuffet skeptikere, som tviler på om testen virkelig var uavhengig og foreslår mulig forfalskning av testresultatene. Andre har vært opptatt med å finne ut de "hemmelige ingrediensene" som gjør det mulig for Rossis fusjon å gjenskape teknologien.
Rossi er en svindler?
Andrea er imponerende. Han publiserer proklamasjoner til verden på unik engelsk i kommentarfeltet på nettstedet hans, pretensiøst k alt Journal of Nuclear Physics. Men hans tidligere mislykkede forsøk har inkludert et italiensk avfall-til-drivstoff-prosjekt og en termoelektrisk generator. Petroldragon, et avfall-til-energi-prosjekt, mislyktes delvis fordi den ulovlige dumpingen av avfall er kontrollert av italiensk organisert kriminalitet, som har anlagt straffeanklager mot det for brudd på avfallshåndteringsbestemmelsene. Han laget også en termoelektrisk enhet for US Army Corps of Engineers, men under testing produserte dingsen bare en brøkdel av den deklarerte kraften.
Mange stoler ikke på Rossi, og sjefredaktøren i New Energy Times k alte ham rett ut en kriminell med en rekke mislykkede energiprosjekter bak seg.
Uavhengig bekreftelse
Rossi signerte en kontrakt med det amerikanske selskapet Industrial Heat om å gjennomføre en årelang hemmelig test av et 1-MW kaldfusjonsanlegg. Enheten var en fraktcontainer fullpakket med dusinvis av E-Cats. Eksperimentet måtte kontrolleres av en tredjepart som kunne bekrefte at varmeutvikling faktisk fant sted. Rossi hevder å ha tilbrakt store deler av det siste året praktisk t alt å bo i en container og overvåke driften i mer enn 16 timer om dagen for å bevise den kommersielle levedyktigheten til E-Cat.
Testen ble avsluttet i mars. Rossis støttespillere ventet spent på observatørenes rapport, i håp om en frifinnelse for helten deres. Men til slutt fikk de et søksmål.
Tvistemål
I en rettssak i Florida hevder Rossi at testen var vellykket og en uavhengig voldgiftsdommer bekreftet at E-Cat-reaktoren produserer seks ganger mer energi enn den forbruker. Han hevdet også at Industrial Heat hadde gått med på å betale ham 100 millioner dollar - 11,5 millioner dollar på forhånd etter den 24-timers prøveperioden (tilsynelatende for lisensieringsrettigheter slik at selskapet kunne selge teknologien i USA) og ytterligere 89 millioner dollar etter vellykket gjennomføring av den utvidede prøvetid innen 350 dager. Rossi anklaget IH for å drive en "svindel ordning"hvis formål var å stjele hans immaterielle eiendom. Han anklaget også selskapet for å ha misbrukt E-Cat-reaktorer, ulovlig kopiering av innovative teknologier og produkter, funksjonalitet og design, og misbruk av patent på hans immaterielle eiendom.
Gullgruve
Andre steder hevder Rossi at IH i en av demonstrasjonene hans mottok 50–60 millioner dollar fra investorer og ytterligere 200 millioner dollar fra Kina etter en reprise som involverte kinesiske topptjenestemenn. Hvis dette er sant, står mye mer enn hundre millioner dollar på spill. Industrial Heat har avvist disse påstandene som grunnløse og kommer til å forsvare seg aktivt. Enda viktigere, hun hevder at hun "arbeidet i over tre år for å bekrefte resultatene som Rossi angivelig oppnådde med sin E-Cat-teknologi, uten suksess."
IH tror ikke på E-Cat, og New Energy Times ser ingen grunn til å tvile på det. I juni 2011 besøkte en representant for publikasjonen Italia, intervjuet Rossi og filmet en demonstrasjon av E-Cat hans. En dag senere rapporterte han om sine alvorlige bekymringer om metoden for å måle termisk kraft. Etter 6 dager la journalisten ut videoen sin på YouTube. Eksperter fra hele verden sendte ham analyser, som ble publisert i juli. Det ble klart at dette var en bløff.
Eksperimentell bekreftelse
Men en rekke forskere - Alexander Parkhomov fra Peoples' Friendship University of Russia og Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -klarte å reprodusere den kalde termonukleære fusjonen av Russland. MFPM-rapporten fikk tittelen "The End of the Carbon Era Is Near". Årsaken til en slik beundring var oppdagelsen av et utbrudd av gammastråling, som ikke kan forklares på annen måte enn ved en termonukleær reaksjon. Ifølge forskere har Rossi akkurat det han sier.
En levedyktig åpen oppskrift på kald fusjon kan utløse et energigullrush. Alternative metoder kan bli funnet for å omgå Rossis patenter og holde ham utenfor energibransjen for flere milliarder dollar.
Så kanskje Rossi foretrekker å unngå denne bekreftelsen.
