Fusionstekniker

Min bestämda åsikt är att vanliga jämra kärnkraftverk bör byggas fort som sjutton. Med växthuseffekten samt dödliga föroreningar från kolbaserad energi (inklusive biomassa) finns ingen tid att förlora. Vidare tror jag att innovativ fission ger den mest praktiska vägen till något bättre än konventionell fission.

Fusion tror jag egentligen inte så mycket på. Jag tvivlar förstås inte på att man kan skapa fusion i reaktorer. Faktum är att ”gamla” JET-experimentreaktorn åstadkom detta redan år 1991. Jag är däremot skeptisk till att man under de närmsta hundra åren kommer få fusion att fungera ekonomiskt! På sistone har det dock dykt upp ett antal olika intressanta initiativ för att skapa fusionsreaktorer och jag hoppas förstås innerligt att jag har fel i min skepticism. Detta inlägg tänkte ägna åt en liten översikt över dessa initiativ.

Först något lite förenklat om hur fusion fungerar: Den elektrostatiska kraften gör att atomkärnor repellerar varandra (alla atomkärnor är positivt laddade). Den starka kärnkraften är starkare, men verkar på kortare avstånd. Fusion, att atomkärnor slås ihop, kräver alltså att två atomkärnor kommer så nära varandra att den starka kärnkraften tar överhanden över den elektrostatiska kraften. För att åstadkomma detta krävs höga temperaturer, eftersom när temperaturer är höga så rör sig atomkärnorna fort och kommer närmare varandra innan de repelleras.

1186px-Nuclear_fusion_forces_diagram.svg

ITER

Detta är ”etablissemangets” maskin, efterföljaren till JET-reaktorn. Ett stort multinationellt samarbete, en stor maskin där olika spolar bildar ett extremt magnetfält som kan hålla ordning på plasmat och hindra det från att fly innan och under fusionsprocessen. Man siktar på 500 MW termisk fusionsenergi för denna forsknings-reaktor som är tänkt som en föregångare till en demo-reaktor som faktiskt ska producera el. Kostnaden för ITER är uppskattad till $50 miljarder och planeras sätta igång deuterium-tritium-fusion år 2027.

Ett problem vid fusion är att det mesta av energin släpps ut i form av snabba neutroner som genom sin neutralitet struntar i magnetfältet och går illa åt inneslutningen (samt gör den lite radioaktiv). En del av forskningen handlar om att hitta på sköldar som inte är alltför oekonomiska.

Skiss (notera människan i nedre vänstra):

Tokmak_ITER_cut

General Fusion

Ett kanadensiskt företag, General Fusion, bygger en maskin där magnetiserat plasma injiceras i ett hålrum som bildas av virvel av smält bly och litium. Ett antal pistonger skapar en tryckvåg i blyet, vilket komprimerar plasmat tills det fusionerar. En fördel är att blyet skapar en tjock inneslutning som tar hand om neutronerna. Blyet värmeväxlas till vatten som får driva elgeneratorer. Litiumet i blyet breedas dessutom till tritium som används som bränsle tillsammans med deuterium.

Drivs av ett team som jobbar väldigt ingenjörsmässigt på skapligt tight budget, ca $55 miljoner är det senaste jag hört. De håller på med en prototyp och diverse proof-of-concept och ska bygga en full-skale-anläggning härnäst, med måldatum ca 2020.

generalfusion

Tri-alpha

Ett amerikanskt företag som håller sig ganska hemligt, även om det ibland släpper forskningsrapporter och deltar i konferenser och har dragit in mer än $140 miljoner i anslag från kända investerare. Ryska staten är nu med som finansiär och i styrelsen.

Man skjuter magnetiserat plasma från två håll in i en kammare, omsluter med magnetfält och detta ska därmed kunna åstadkomma en stationär virvel som ska kunna fusionera. Bränslet är lite mer avancerat. Väte + boron fusioneras till kol-12 som sedan faller sönder i tre alpha-partiklar, dvs heliumkärnor (tri-alpha). En fördel är att man slipper neutronerna och värmeutveckling, och tack vare heliumkärnornas laddning ska man kunna utvinna el direkt. Reaktorerna i deras presentationer är på 100 MW och är ”truck-sized”.

tri-alpha-artists

National Ignition Facility

Ett amerikanskt projekt som innefattar en fotbollsplan med laserutrustning, med en statlig finansiering på bortåt 35 miljarder över åren. Man skjuter en laser på för närvarande cirka 500 TW på små, små metallpellets med fusionsbränsle i. Man har lyckats få till fusion på det här sättet, men man är mycket långt från break-even energi-mässigt. De har själva erkänt att de är mycket långt från att nå sina mål.

nif-target-chamber-2

LPP – Lawrenceville Plasma Physics

Precis som i tri-alpha används även här väte och bor som fusionsbränsle för att kunna utvinna el utan att gå via värme. Tekniken bygger på en sorts väldigt kortvarig elektromagnetisk kniptång, ett sätt att få magnetfält som innesluter plasman att kollapsa in i sig självt, och därmed åstadkomma högt tryck och fusion. Det här är inte så skumt som det låter, eftersom det finns ett antal ”dense plasma focus”-maskiner på olika universitet i världen, även om de inte används för att skapa fusion. LPP har dock lyckats med att skapa fusion på det här sättet och har uppnått höga temperaturer.

Det finns givetvis stora utmaningar med att få det här att ge netto-energi och skapa kommersiella anläggningar. Tekniken som sådan är tydligen ganska okänsligt för storleksskalning, men man talar bland annat om billiga 5 MW-anläggningar i garagestorlek. Man började med $300,000 i anslag från NASA men kör nu privat finansiering.

LPP1

 Helion Energy

Helion använder ett magnetfält för att komprimera plasmat och trots deuterium-deuterium-fusion så har man en metod för direkt el-utvinning. Informationen är lite bristfällig, men konceptet verkar tekniskt mest likna tri-alphas. Man har fått $7 miljoner i anslag från NASA, DoE och DoD (energi- och försvarsdepartementen) och även viss privat finansiering. Man siktar på container-stora anläggningar som ger 50 MW cirka 2019.

Helion_Grande_4th_Prototype

EMC2

Ett ganska hemligt projekt med rötter i och stöd från den amerikanska flottan. Tekniken som används kallas för Polywell, som är en känd teknik för att åstadkomma fusion med hjälp av elektrostatisk inneslutning och uppvärmning av bränslet. Man åstadkommer den elektrostatiska konfigurationen med hjälpa av elektromagnetiska spolar ofta arrangerade som sidorna i en kub, tillsammans med en elektronstråle. Det har inte visats att det går att få ut någon netto-energi, men det finns diverse teorier och förhoppningar i den riktningen.

Kubokta-PW1Lockheed Martin Skunk Works

Amerikanska försvarskoncernen Lockheed Martin har ett koncept med en cylindrisk maskin som mäter 2x2x4 meter. Plasmat hålls i schack med ett magnetfält och värms med radiovågor. Man siktar på en kompakt reaktor som ändå ska kunna ge 100 MW, med en prototyp färdig om fem år. För bara några dagar sen skickade de ut en väldigt positiv pressrelease men med oerhört tunt med detaljer. Den här videon från LM är likartad:

E-cat

Ett bedrägeri som bygger på teorier om kall fusion.

Quantum Fusion

Troligen ytterligare ett sorts bedrägeri, där deuterium-bubblor i flytande metall skulle kollapsa när metallen utsätts för ljudvågor, s.k sonofusion.

Sammanfattning

Åtta intressanta och seriösa initiativ (samt ett par bedrägerier). Vilka har jag missat? Det finns ett par initiativ eller åtminstone teoretiska idéer om att använda de snabba neutronerna som bildas i fusionsprocesserna till att klyva utbränt kärnbränsle och på så sätt öka energiutbytet och oskadliggöra avfallet. När det finns en fissions-hävstång skulle själva fusionen inte behöva ge netto-energi.

De åtta initiativen har olika tekniker för plasmainneslutning och uppvärmning/komprimering. Några olika bränsle-varianter används. Rent allmänt skaplig spridning och hyfsat imponerande (för mig iallafall) tekniskt djup i de olika initiativen. Dessutom skapligt tunga sponsorer. Låt oss hålla tummarna.

  •  
  •  
  •  
  •  

8 reaktioner på ”Fusionstekniker

  1. Kall fusion saknas LERN
    Vi kan inte nu får det att fungera men varför skulle det vara omöjligt vilken naturlag gör det omöjligt.

    Lösningar kan kanske uppfinnas som gör det möjligt.

    1. Jag hade med kall fusion, faktiskt. Både E-cat och ”Quantum Fusion” är exempel. Naturlagen som gör det omöjligt är just den elektrostatiska kraften jag nämnde i början av inlägget.

      Kall fusion är en hypotes som man ställde upp för att förklara ett konstigt experimentellt resultat. Nu har det visat sig att det konstiga resultatet berodde på fel i testet. Därför finns det inte heller någon anledning att hålla kvar vid hypotesen.

  2. Tack för sammanställningen. Gött att få lite info om sådan här avancerad teknik på ett språk man förstår med bara en gymnasieutb i ryggen.

    Vilken fissionsreaktortyp tycker du ser mest lovande ut då? Har sett och läst lite om LFTR men har svårt att uppskatta vad som bara är snack och inte.

  3. Lockheed Martin Skunk Works
    http://www.nyteknik.se/nyheter/energi_miljo/energi/article3857459.ece
    Bedrägeri som e cat?
    Skunk kallas det, det luktar om det.

    ”elektrostatiska kraften”
    Jag misstänkte det svaret men om vi kan föra in atomer i andra metaller och sen tvinga ihop dom där, varför skulle det vara omöjligt att göra det, nu kan dom inte eller har någon i LERN lyckats, en enda fusion så är inte omöjligt.
    Vi utnyttjar den okända mörka energin vi utnyttjar den mörka materien.

    Naturlagar kan vi inte göra något åt men vi kan uppfinna saker som kan föra samman atomer, det finns ingen naturlag som förbjuder oss att uppfinna saker.
    Så länge vi inte vet vad mörk energi är så kan vi inte veta alt.

    1. Antar att du tänker på att man kan skapa nya tunga grundämnen genom att skjuta atomkärnor på en folie med ett annat grundämne? Men det är ”varm” fusion! Skjutandet innebär nämligen att man har rejält med energi, tillräckligt för att övervinna den elektrostatiska repelleringen.

      Kall fusion har aldrig visats och skulle bryta mot kända naturlagar. Det finns närmast oändligt många sätt att i blindo gissa på icke-fungerande naturlagar. Varför gissa/hoppas på just kall fusion?

      1. En hydralpress kan trycka med större kraft än den elektrostatiska repelleringen.
        Problemet är att man inte kan trycka på enskilda atomer.
        Vi lärde oss att tillverka diamanter i små maskiner, det var väl också omöjligt innan vi kom på hur vi skulle göra.
        Jag påstår inte att det går att lösa, men naturlagarna förhindrar inte sammanföring av atomer.

        1. Tryck är också att tillföra energi, så det blir också ”varm” fusion. De riktiga fusionsförsöken jobbar alla med tryck på olika sätt. Det mest direkta är General Fusion. (Jag får en känsla av att du inte läst igenom mitt blogginlägg ordentligt?)

          Den elektrostatiska kraften förhindrar sammanföring av atomer utan rejäl energi. LENR (”low energy nuclear reactions”) handlar definitionsmässigt om att det skulle gå att strunta i den naturlagen.

Kommentera

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *