Idémaskinen


Med fokus på fusionen

Posted in Energiteknik av Robert Wensman på 03 mars 2010
Tags: ,

Fusionskraft är någonting som vi har hört talas om länge, kanske så länge att många nu tänker att det är en omöjlig dröm. De kanske har rätt, men jag tror samtidigt att det finns skäl att inte helt räkna bort fusionskraften som framtidens energikälla än. Det finns nämligen en rad spännande idéer som testas just nu, som till exempel något som kalls för ”fokus fusion”. Men vi börjar med att titta lite på de vanliga angreppsätten för att skapa fusion för att sätta det hela i perspektiv.

Vi är vana att se de stora tokamak reaktorerna, som till exempel den experimentella reaktorn ITER som forskarvärlden nu har investerat osannolika 5 miljarder dollar i. Med två system av massiva magneter, så hålls ett plasma ihop i ett smalt pärlband, vilket är möjligt eftersom plasmat består av laddade partiklar som påverkas av magnetfältet. Det krävs en enorm kraft för att hålla plasmat på plats så att fusionsprocessen mellan tritium och deterium ska kunna fortlöpa.

Tokamaken använder ett magnetfält längsmed torusen som böjer av plasmat i en cirkel runt pärlbandets mitt, och ett annat magnetfält som böjer av partiklarna längs med torusen. Resultatet blir ett spiralformat magnetfält innuti torusen som håller fast partiklarna. Iter håller på att byggas, och de har lyckats ganska bra, men deras konstruktion är mycket dyr, och har tagit lång tid.

En variant på tokamaken skulle man kunna säga är stellaratorn. Någon kom på att man kunde skapa det spiralformade magnetfältet på ett mycket mer direkt sätt, genom att helt enkelt bygga en enda elektromagnet som vrider sig längs sin egen axel. För att beräkna hur man ska bygga den här typen av magnet så krävs en dator som beräknar hur de vridna magneterna ska se ut.

Resultatet är en fusionsreaktor som man skulle kunna tro var designad av H.R.Giger, ni vet konstnären som skapade sceneriet och varelsen i filmen Alien. Men i grund och botten är stellaratorn nära besläktad med tokamaken, och man får anta att om den ena varianten fungerar, så kommer den andra att fungera. Här handlar det nog mest om vad som blir billigast att bygga i slutändan.

Det andra stora spåret för fusionskraft handlar om att innestänga fusionsbränslet med lasrar som strålar från alla håll. Det här angreppsättet har varit på frammarsh de senaste åren och gjort många framsteg. Just nu kan man fokusera 1 megajoule på en punkt, och den främsta reaktorn av denna typ byggs just nu om med ytterligare sköldar för att kunna klara de massiva krafter som en riktig fusionsprocess kommer att släppa lös. ”Den kommer att tända i år” säger de. Ovan visas den kammare där lasern fokuseras på tippen av den stav som håller en pellets av bränsle. Bilden nedanför visar det laserbatteri som behövs för att skapa den extremt starka ljuspulsen:

Men dessa två huvudspår med antingen lasrar eller magneter har en likhet i att de försöker att trycksätta plasmat på ett ganska direkt sätt, genom att försöka pressa på från alla håll och kanter samtidigt som energi tillförs. Men som alla vet som har försökt att pressa ihop en halvt uppblåst ballong, så är det väldigt svårt att skapa ett lika hårt tryck från alla håll. Det är lätt att ballongen slinker ut mellan fingrarna. Man kan säga att fusions forskarna kämpar med samma problem, fast med betydligt dyrare utrustning.

En annan likhet är att de använder samma bränsle, nämligen tritium och deuterium som vid en fussionsreaktion skpar neuroner som bombarderar omgivningen. Även om en fusionsraktor av det här slaget aldrig skulle kunna skapa en härdsmälta på det sätt som fissionsreaktorer kan göra, vilket gör dem fullständigt säkra ur den synvinkeln, så blir ändå utrustningen kring inneslutningen radioaktiv av neuronbombardemanget, och personal som hanterar dessa maskiner måste vara försiktiga.

Men detta var de två huvudspåren. När det gäller utveckling av teknik så finns det oftast några huvudspår som det satsas stort på, och som tidningarna skriver om och som universiteten lägger mest krut på. Men så finns de där personerna som går sin egen väg, och arbetar i det tysta på någonting som vid närmare betraktelse ändå verkar väldigt lovande. Eric Lerner är just en sådan person, och har under många år arbetat med något som kallas för fokus-fusion, som bygger på två radikala idéer som helt går på tvärs med den konventionella fusionsforskningen.


Vi kommer ihåg ballongen, hur svårt det är att med händerna pressa ihop den eftersom kraften som appliceras måste vara helt symmetrisk hela tiden. Men tänk om man kunde få ballongen att på något sätt pressa ihop sig själv? Detta är den första grundidén bakom fokus-fusion genom så kallat ”tät plasma fokusering”.

För att få det mycket bångstyriga plasmat att pressas ihop, så försöker man inte att pressa på det direkt, utan man skapar först några tunna plasmatrådar som man sätter i rörelse. Dessa tvinnas först ihop till ett rep som tvinnas allt hårdare, vilket sedan kollapsar ytterligare till en liten boll som kallas för plasmoid. Hettan och trycket innuti denna lilla boll, är extremt hög vilket tänder bränslet. Eric Lerner och hans forskargrupp har även lyckats med detta experimentellt. Trots en relativt sett minimal budget en tusendel så stor för den som ges till tokamak forskning, så har de redan nu lyckats skapa ett något högre tryck och elektronhastighet än vad de konventionella tokamak-reaktorerna har lyckats med. När plasmoiden kollapsar under högt tryck så kallas det för ett ”nyp”, eller en pinch. Följande animation visar hur plasmatrådarna börjar längst ner på anoden/katoden, och rör sig uppåt dessa, för att sedan tvinnas ihop till en plasmoid.

Men den metod som Eric Lerner arbetar med använder även ett annat bränsle. Istället för deuterium och tritium, så används bor och vanligt väte. Detta skapar en reaktion som betecknas för ”aneuron” eftersom det endast är laddade partiklar som skapas vid reaktionen, och inga neuroner. Att det inte skapas några neuroner gör bränslet ännu mer säkert att använda, eftersom alla delar som används i reaktorn blir i stort sett strålningsfria några timmar efter att reaktorn har slagits av. Haken är bara att dessa bränslen bedöms som ännu svårare att tända än tritium deuterium, något som man kanske skulle tycka borde avskräcka forskare från att försöka, men Eric Lerner har just lyckats med detta.

Det finns en sak till som är oerhört elegant med Lerners rekator. Eftersom reaktorn inte avger några neutroner, utan laddade partiklar direkt som skjuts ut i två motriktade strålar, så behövs inget kylvatten och gasturbin, utan den energi som reaktorn skapar kan omvandlas till el direkt genom elektromagnetiska spolar som alstrar energi direkt från elektronernas rörelse och tunna blad av metall i reaktorns väggar som fångar upp laddade positiva partiklar. Elektroner i rörelse skapar ju magnetfält! Genom runt 300 pulser i sekunden skapas sedan ett flöde av fullständigt ren energi.

Så utöver själva reaktorn så behövs i princip bara en uppsättning kondensatorer för att skapa pulserna, samt en vattensköld på en meter vatten. Ja, reaktorn är faktiskt så enkel att den skulle kunna byggas i relativt liten skala på runt 200 megawatt och placeras ut nära användarna för att minska förlusterna i strömnätet. Enligt Eric Lerners beräkningar skulle den här sortens energi bli en femtedel så dyr som dagens billigaste el, och skulle antagligen innebära en mindre revolution för världens energiförsörjning om det lyckades. Som Eric Lerner uttrycker det så ger skapar denna teknik en ”kvasar i en flaska”.

Om det är någonting man skulle kunna invända på den här varianten av reaktor, så är det att den låter för bra för att vara sann. Det låter mera som någonting hämtat ur Star Trek, men fakta talar ändå för att detta är en rimlig väg till fusionskraft. Följande diagram är 3 år gammalt, men visar att deras lilla reaktor redan då uppnådde högre tryck och elektronhastighet än de stora tokamakreaktorerna gjorde. De svarta prickarna indikerar vad som krävs för en fusionsreaktion med bor väte, och den blågröna pricken (TFTR) visar på vad tokamak reaktorerna hade lyckats med då. Den röda pricken (DPF=dense plasma focus) indikerar resultatet för tät plasmafokus.

Så vi får i alla fall önska Eric Lerner lycka till i sitt fortsatta arbete som åtminstone jag kommer att följa med spänning. Nedanför är en bild av deras nya experimentella reaktor som redan har lyckats skapa en väte bor fusion. Planen för i år är att öka effekten och vetenskaplig kunna bevisa att det är möjligt att uppnå en nettoeffekt.

I följande Google Talk berättar Eric Lerner själv om sin idé. Eric berättar bland annat också om två ytterligare metoder som syftar till att skapa fusionskraft med bor och väte. Ett går ut på att skapa en sorts plasmoid, fast mycket större och mindre fokuserad, som sedan bombarderas med en accelererad partikelstråle. Företaget som ligger bakom den här metoden sponsras av Microsoft miljardären Paul Allen. Deras resultat hittills visas med blå prick i diagrammet ovan (FRC).  En annan variant är att försöka pressa samman joner genom statisk elektricitet i en vakuum kammare, och deras resultat visas med lila prick (IEC). Det verkar med andra ord som att tät plasmafokus leder utvecklingen för närvarande.

Dessutom så finns det en ännu mer obskyr variant av fussionskraft som också arbetar med plasmat istället för emot det. Skaparna av ”kolliderande plasma toroider” tekniken har nämligen upptäckt att man kan skapa en torus av plasma som är stabil under normalt lufttryck om den roterar på rätt sätt. Kanske skulle man kunna likna detta vid hur rökringar kan skapas av den som är skicklig nog med pipan. Forskarna misstänker också att detta fenomen också är besläktat med de gäckande klotblixtarna som forskarna egentligen ännu inte har någon klar förståelse kring. Idén är i alla fall att två plasmaringar av det här slaget kollideras. Det verkar dock som att detta forskningsspår inte har lyckats så bra med att hitta finansiärer, så det är möjligt att det finns en hel del problem med metoden.

För att göra en filosofisk reflektion, så skulle man kunna säga att dessa alternativa metoder till fusion har vissa likheter med Thai-chi. Grundfilosofin i Thai chi är styrka genom mjukhet, och att man aldrig direkt ska försöka motverka en kraft, utan försöka avleda kraften och använda den till sin egen fördel. Vi får önska alla modiga entreprenörer lycka till och hoppas att det fungerar den här gången!

5 svar to 'Med fokus på fusionen'

Subscribe to comments with RSS eller TrackBack to 'Med fokus på fusionen'.

  1. Adde said,

    BBC Horizon gjorde nyligen ett program om dem olika fusionstyperna som finns och deras framtid.

    Sök på: Can We Make A Star On Earth

    eller kolla här:


  2. Tack för tipset!

    Intressant nog så verkar de inte nämna någonting alls om fokus-fusion i det där programmet. Men jag är i och för sig inte så förvånad då jag inte har sett något om fokus-fusion alls i media ännu, även om det säkert var flera år sedan jag läste om det först.

    Jag hittade information om detta genom att leta runt på Internet, men man kan ju fråga sig varför inte medierna rapporterar om just denna metod? Speciellt eftersom den verkar ligga i frontlinjen vad gäller skapandet av fusionskraft…

    Kan det vara så fånigt att de bara inte har upptäckt fokus-fusionen? Jag vet itne… mysko…

  3. MrPerfect72 said,

    Bra och laesvaerd artikel, Robert.
    Tackar.🙂


  4. Glöm inte bort Robert Bussard’s fusor reaktor.😉

    http://video.google.com/videoplay?docid=1996321846673788606#

    /Micke


  5. Ta bort videoklippet om det inte får visas!!!!!!!!!!!!!!!!!!!


Kommentera

Fyll i dina uppgifter nedan eller klicka på en ikon för att logga in:

WordPress.com Logo

Du kommenterar med ditt WordPress.com-konto. Logga ut / Ändra )

Twitter-bild

Du kommenterar med ditt Twitter-konto. Logga ut / Ändra )

Facebook-foto

Du kommenterar med ditt Facebook-konto. Logga ut / Ändra )

Google+ photo

Du kommenterar med ditt Google+-konto. Logga ut / Ändra )

Ansluter till %s


%d bloggare gillar detta: