Jagten på energiens hellige gral

Okay, lad mig sætte det i perspektiv. Fusionsenergi er i bund og grund den hellige gral inden for ren strøm. Det er det, der driver solen, det producerer nul CO2-emissioner, skaber minimal radioaktivt affald og bruger brændstof, der er praktisk talt ubegrænset (hydrogen, som man kan få fra vand). Hvis vi kunne tæmme fusion på Jorden, ville vi i essensen have en ubegrænset, ren energikilde, der kunne drive civilisationen i årtusinder.

Så hvorfor har vi så ikke fusionskraftværker endnu? Fordi, folkens, det er vanvittigt svært at gennemføre.

I over 70 år har forskere arbejdet med det, der kaldes Lawson-kriteriet – en matematisk regel, der fortæller dem, om plasma (den supervarme tilstand af materie, hvor fusion sker) kan forblive varmt og tæt nok, længe nok, til at opretholde fusionsreaktioner uden behov for konstant ekstern opvarmning. Forestil dig det som at forsøge at holde et lejrbål kørende under utroligt barske forhold. Målet er at få ilden varm nok til, at den kan nære sig selv.

Men her er pointen: Det kriterium fortalte forskerne, hvilke betingelser de havde brug for, men ikke hvordan de mest effektivt når dertil.

Bjerg-analogien, der faktisk hjælper

Det er her, det bliver interessant. Forskerne fra Princeton Plasma Physics Lab – som jeg oprigtigt mener fortjener langt mere opmærksomhed, end de får – besluttede at se på dette problem på en anden måde.

Forestil dig, at vejen til fusions-tænding er som en bjergkæde. Destinationen (bæredygtig fusion) ligger på den anden side. Den traditionelle tilgang har i essensen været at forsøge at klatre direkte over den højeste top: gør først plasmaet super tæt, og pump derefter enorme mængder varme ind, indtil tændingen sker.

Men disse forskere sagde: "Hvad nu hvis der findes et bjergpas? En vej udenom?"

Deres nye beregninger tyder på, at der absolut gør. I stedet for først at øge tætheden, hvad nu hvis vi opvarmer plasmaet før vi komprimerer det? Det svarer til at vælge at køre gennem et bjergpas frem for at klatre over toppen. Du når stadig det samme mål, men du bruger langt mindre energi på at komme derhen.

Dr. Luis Delgado-Aparicio formulerede det smukt: "Mange virksomheder vil klatre op ad bjerget forfra og bruge enorme mængder energi på at nå dertil. Gå i stedet udenom toppen. Du når det samme sted på en langt smartere måde, og du bruger langt mindre energi."

Hvad i alverden er "Cordey-sadel"?

Nu er jeg nødt til at tale om dette, for det er virkelig sejt. Forskerne identificerede noget, de kalder "Cordey-sadel" i deres matematiske landskab.

I geografi er en saddel et lavpunkt mellem to bjergtoppe – grundlæggende en naturlig passage gennem bjerge. I fusionsfysik repræsenterer Cordey-sadelen den mest effektive vej over grænsen mellem plasma, der kræver ekstern opvarmning, og plasma, der kan opretholde sig selv gennem fusion.

Her er en nem måde at tænke på det: Forskere måler fusionseffektivitet ved hjælp af noget, der kaldes "Q". En Q-værdi på 5 betyder, at fusionsreaktionerne producerer fem gange så meget energi, som du putter ind. Cordey-sadelen i et idealiseret system ligger omkring Q=5 – hvilket lyder af meget, men det er faktisk den lette vej over. Problemet er, at virkelige fusionssystemer har komplikationer (urenheder, intense magnetfelter), som forskubber, hvor denne saddel befinder sig.

At forstå, hvor den saddel rent faktisk befinder sig for et givet reaktordesign, er afgørende for at vide, om det hele overhovedet er gennemførligt.

Hvorfor det betyder noget for fremtiden

Denne forskning kan få enorme implikationer for designet af fremtidige fusionsreaktorer, især tokamaks og stellarators – de doughnut-formede apparater, der bruger kraftige magnetfelter til at indespærre plasma ved temperaturer, der er varmere end solens kerne.

Her er det, der begejstrer mig: Vi lever i en oprigtigt bemærkelsesværdig tid for fusionsforskning. Mellem denne opdagelse fra Princeton, National Ignition Facilities historiske gennembrud med laserfusion og de milliarder, der strømmer ind i private fusionsvirksomheder, er vi tættere på praktisk fusionsenergi, end vi nogensinde har været.

Vil fusion redde os fra klimaforandringerne i morgen? Nej. Det er stadig komplekse, dyre teknologier, der ligger mange år ude i fremtiden. Men opdagelser som denne Princeton-genvej kunne gøre den sidste del af rejsen en hel del kortere og billigere.

Efter syv årtiers forsøg på at klatre op ad bjerget viser det sig, at der måske har været en smuk rute hele tiden. Og personligt? Jeg er helt med på den.

Kilde: ScienceDaily