Kjernefusjon, en reaksjon der to lette atomkjerner kombineres for å danne en tyngre, er prosessen som driver Sol og den stjerner, i stand til å frigjøre enorme mengder energi. Men så, hvis det fungerer så bra i naturen, hvorfor kan vi ikke reprodusere det på jorden også? Kjernefysisk fusjon er ren, trygg, praktisk talt uuttømmelig. For å få det på jorden, må du gjenskape ekstreme forhold av temperatur og trykk, som ligner på solkjernen, for å overvinne frastøtingen mellom kjernene og tvinge dem til å smelte sammen. Den teknologiske hovedutfordringen er nettopp å skape og vedlikeholde disse forholdene på en kontrollert måte.
Hva er kjernefysisk fusjon
Kjernefysisk fusjon er en reaksjon der to lette atomkjernersom de av hydrogen, kommer sammen for å danne en tyngre kjerne som frigjør energi. Det er det motsatte av fisjon – brukt i kjernekraftverk – der en tung kjerne deler seg i to lettere. Den mest studerte reaksjonen er den mellom deuterium Og tritiumto isotoper av hydrogen:
Deuterium + Tritium → Helium + Neutron + Energi
Denne reaksjonen er eksoterm, dvs produserer energiog det er det som driver stjernene. Men å kopiere det på jorden er teknisk komplekst.
Hva er de viktigste tekniske vanskelighetene
Det er flere tekniske vanskeligheter som gjør kjernefysisk fusjon komplisert å oppnå på jorden.
- Overvinn frastøtingen mellom de to kjernene: atomkjerner er positivt ladetså de avviser hverandre. For å få dem til å smelte, må du bringe dem veldig nærme, overskride elektrostatisk barriere. Du kan gjøre det med svært høye temperaturerav størrelsesorden 100 millioner grader Celsius!
- Begrens plasmaet: ved de temperaturene blir saken plasmaen gass av ioniserte ladede partikler. For å inneholde det og fange plasmaet brukes de magnetiske felt veldig sterk.
- Holdbarhet og stabilitet: plasmaet må forbli stabil lenge nok til at fusjonen kan skje. Men siden plasmaet er turbulent og ustabilt, har det en tendens til å «rømme» fra magnetiske felt. Å opprettholde reaksjonen i mer enn noen få sekunder er derfor en utfordring.
- Energibalanse: Så langt har eksperimenter og systemer som prøver å produsere energi med kjernefysisk fusjon krevd mer energi enn den produsererkjegle for å drive hele prosessen. Målet som skal oppnås i fremtiden vil være å nå en positiv energibalanse. Det første trinnet for å oppnå det er den såkalte break-evendet vil si når energien som produseres av reaksjonen overstiger den innførte.
I 2022 gjorde NIF-laboratoriet i USA fremgang, og produserte mer energi enn det som ble lagt inn i reaksjonen. Imidlertid er ytelsen fortsatt langt fra å balansere alle hjelpetjenestene som driver eksperimentet, for eksempel kjølesystemer eller servere.
Teknologier på feltet
Det finnes ulike teknologier som tillater dannelsen av plasma og dets innesperring. Det finnes tokamakmed en smultringform, som bruker magnetiske felt for å begrense plasmaet. ITER-prosjektet er et eksempel under bygging.
Da finnes de også laser veldig kraftig med treghetsfusjon, som komprimerer drivstoffkapsler og trigger fusion. Det er metoden som brukes av National Ignition Facility (NIF) i USA. Til slutt Stellaratormed en mer kompleks geometri, designet for å forbedre plasmastabiliteten. Reaktoren Wendelstein 7-X i Tyskland er den en av de mest avanserte.
Fordi vi bryr oss så mye
Kjernefysisk fusjon kan revolusjonere energiverdenen: det produserer ikke klimagasser Og genererer ikke langvarig radioaktivt avfall. Deuterium drivstoff er rikelig og finnes i sjøvann. Endelig er det det sikker og den kan ikke eksplodere. I praksis ville det vært som å ha en miniatyrsol på jordeni stand til å gi ren og praktisk talt uendelig energi.
