Jakten på energiens hellige gral

Greit, la meg sette dette i et perspektiv. Fusjonsenergi er i bunn og grunn den hellige gralen innen ren kraft. Det er det som driver solen, det har null karbonutslipp, skaper minimalt med radioaktivt avfall, og bruker brennstoff som er praktisk talt ubegrenset (hydrogen, som du kan få fra vann). Hvis vi kunne temmet fusjon på jorden, ville vi i praksis hatt en ubegrenset, ren energikilde som kunne drevet sivilisasjonen i årtusener.

Så hvorfor har vi ikke fusjonskraftverk ennå? Fordi, folkens, det er utrolig vanskelig å få til.

I over 70 år har forskere jobbet med det som kalles Lawson-kriteriet – en matematisk regel som forteller dem om plasma (den supervarme tilstanden av materie der fusjon skjer) kan holde seg varm og tett nok, lenge nok, til å opprettholde fusjonsreaksjoner uten behov for konstant ekstern oppvarming. Tenk på det som å prøve å holde liv i et bål under ekstremt tøffe forhold. Målet er å få ilden varm nok til at den mater seg selv.

Men her er greia: dette kriteriet fortalte forskerne hvilke forhold de trengte, men ikke hvordan de kunne nå dem mest effektivt.

Fjellanalogi som faktisk hjelper

Det er her det blir interessant. Forskerne ved Princeton Plasma Physics Lab – som jeg genuint mener fortjener mye mer oppmerksomhet enn de får – bestemte seg for å se på dette problemet på en annen måte.

Se for deg at veien til fusjonsantennelse er som en fjellkjede. Destinasjonen (bærekraftig fusjon) ligger på den andre siden. Den tradisjonelle tilnærmingen har i hovedsak vært å prøve å klatre rett over den høyeste toppen: gjør plasmaen supertett først, og pump deretter inn enorme mengder varme helt til antennelsen skjer.

Men disse forskerne sa: «Hva om det finnes et fjellpass? En vei rundt?»

Deres nye beregninger tyder på at det absolutt finnes det. I stedet for å øke tettheten først, hva om vi varmer opp plasmaen før vi komprimerer den? Det er som å velge å kjøre gjennom et fjellpass i stedet for å klatre over toppen. Du når fortsatt det samme målet, men du bruker langt mindre energi på veien.

Dr. Luis Delgado-Aparicio formulerte det vakkert: «Mange selskaper ønsker å klatre opp fjellet rett på og bruke enorme mengder energi på å komme seg dit. Gå rundt toppen i stedet. Du når det samme stedet på en mye smartere måte, og du bruker langt mindre energi.»

Hva i alle dager er en «Cordey-sadel»?

Nå må jeg snakke om dette, for det er genuint kult. Forskerne identifiserte noe som kalles en «Cordey-sadel» i deres matematiske landskap.

I geografi er en saddel et lavpunkt mellom to fjelltopper – i bunn og grunn en naturlig passasje gjennom fjellene. I fusjonsfysikk representerer Cordey-sadelen den mest effektive veien over grensen mellom plasma som trenger ekstern oppvarming, og plasma som kan opprettholde seg selv gjennom fusjon.

Her er en enkel måte å tenke på det: forskere måler fusjonseffektivitet ved hjelp av noe som kalles «Q». En Q-verdi på 5 betyr at fusjonsreaksjonene produserer fem ganger mer energi enn det du tilfører. Cordey-sadelen i et idealisert system ligger rundt Q=5 – noe som høres mye ut, men det er egentlig den enkle veien over. Problemet er at virkelige fusjonssystemer har komplikasjoner (urenheter, intense magnetfelt) som forskyver hvor denne sadelen befinner seg.

Å forstå hvor den sadelen faktisk befinner seg for et gitt reaktordesign, er avgjørende for å vite om hele prosjektet i det hele tatt er gjennomførbart.

Hvorfor dette betyr noe for fremtiden

Denne forskningen kan få enorme implikasjoner for designet av fremtidige fusjonsreaktorer, spesielt tokamak-er og stellaratorer – de smultringformede enhetene som bruker kraftige magnetfelt for å holde plasma på temperaturer som er varmere enn solens kjerne.

Her er det som begeistrer meg: vi lever i en genuint bemerkelsesverdig tid for fusjonsforskning. Mellom dette Princeton-funnet, National Ignition Facilities historiske gjennombrudd innen laserfusjon, og de milliardene som strømmer inn i private fusjonsselskaper, er vi nærmere praktisk fusjonsenergi enn vi noen gang har vært.

Kommer fusjon til å redde oss fra klimaendringene i morgen? Nei. Dette er fortsatt komplekse, dyre teknologier som ligger år frem i tid. Men oppdagelser som denne Princeton-snarveien kan gjøre den siste etappen av reisen mye kortere og billigere.

Etter syv tiår med forsøk på å klatre opp fjellet, viser det seg at det kan ha vært en naturskjønn rute hele veien. Og personlig? Jeg er helt med.

Kilde: ScienceDaily