Tysklands Wendelstein 7-X stellarator har overgått tidligere resultater fra fusjonsreaktorer. Dette melder Live Science.

I kjernefysikken er fisjon når man spalter store atomkjerner, for eksempel av uran, til mindre atomkjerner. Dette frigjør store mengder energi. Det er denne prosessen som brukes i de fleste kjernefysiske våpen, og i alle kjernefysiske reaktorer som er i kommersiell bruk i dag.

Fusjon er når små atomkjerner, for eksempel av hydrogen, slås sammen til større atomkjerner. Denne prosessen kan frigjøre enda mer energi. Det er denne prosessen som produserer energi i stjerner, inkludert vår egen sol, og i hydrogenbomber.

Den hellige gral innen energiproduksjon er kraftverk med kjernefusjon. Dette kan bli et formidabelt gjennombrudd hvis det lykkes. Men det har fortsatt ikke blitt oppnådd etter flere tiår med forsøk. Fusjon i stjernenes kjerner skjer ved enorme trykk og millioner av grader. Det er en formidabel teknisk utfordring å gjenskape slike forhold på en kontrollert måte på jorda.

Nye store overskridelser og forsinkelser for verdens største fusjonsreaktor

Sørkoreansk fusjonskraftverk setter rekord, men ikke for fusjon

En nylig avsluttet eksperimentell kampanje ved Wendelstein 7-X-stellaratoren ved Max Planck-instituttet for plasmafysikk (IPP) i Greifswald i Tyskland har satt en ny standard for reaktorytelse.

Stellaratorer er en av de mest lovende reaktorkonseptene, og de har fått navnet sitt fordi de etterligner reaksjonene i sola. De bruker kraftige eksterne magneter til å kontrollere høyenergiplasmaet i et ringformet vakuumkammer og opprettholde et stabilt, høyt trykk.

Tokamak-reaktorer som ITER i Frankrike bruker et annet design. I motsetning til enklere tokamak-reaktorer – som sender en høy strøm gjennom plasmaet for å generere det nødvendige magnetfeltet – er stellaratorens eksterne magneter bedre til å stabilisere plasmaet gjennom fusjonsreaksjonene.

I de nylige eksperimentene overgikk W7-X-stellaratoren tidligere referanser som ble satt av de nedlagte tokamak-reaktorene JT60U i Japan og JET i Storbritannia, spesielt med hensyn til hvor lenge plasmaet kan opprettholdes.

Reaktoren nådde et nytt rekordhøyt trippelprodukt. Dette er en kombinasjon av tettheten av partikler i plasmaet, temperaturen som kreves for at partiklene skal smelte sammen, og energiinneslutningstiden (et mål på hvor godt den termiske energien holdes tilbake av systemet). En verdi kalt Lawson-kriteriet markerer det punktet der reaksjonen produserer mer energi enn den bruker og blir selvbærende, slik at et høyere trippelprodukt indikerer en mer effektiv reaksjon.

Nøkkelen til suksessen med denne siste milepælen var utviklingen av en ny brenselspelletinjektor som kombinerte kontinuerlig påfylling av drivstoff i reaktoren med pulserende oppvarming for å opprettholde den nødvendige plasmatemperaturen. I løpet av 43 sekunder ble 90 frosne hydrogenpellets avfyrt inn i plasmaet med en hastighet på opptil 800 meter i sekundet, omtrent som en kule. Forprogrammerte pulser med kraftige mikrobølger varmet opp plasmaet, som nådde en topptemperatur på 30 millioner grader C. Denne koordineringen mellom pulsene og pelletinjeksjonen forlenget på avgjørende vis hvor lenge plasmaet kunne opprettholdes stabilt.

Denne kampanjen økte også energiomsetningen i reaksjonen til 1,8 gigajoule i løpet av seks minutter, noe som knuste reaktorens tidligere rekord på 1,3 gigajoule fra februar 2023.

Live Science skriver at energiomsetningen er en kombinasjon av fusjonsreaktorens varmeeffekt og plasmavarighet, og er en indikasjon på reaktorens evne til å opprettholde det høyenergiske plasmaet. Det er derfor en annen avgjørende parameter for fremtidig drift av kraftverk. Den nye verdien overgår til og med rekorden som ble oppnådd av Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST) i Kina tidligere i år, noe som understreker stellaratorens potensial.

«Rekordene fra denne eksperimentelle kampanjen er mye mer enn bare tall. De representerer et betydelig skritt fremover i valideringen av stellaratorkonseptet – noe som er muliggjort gjennom et enestående internasjonalt samarbeid», hevder Robert Wolf, leder for Stellarator Heating and Optimization ved IPP.

Kjøp «Usikker vitenskap» av Steven E. Koonin som papirbok og som ebok.