- Ny laserstyrd teknik vars uppgift är att skapa fusion som avstår från behovet av radioaktiva bränsleelement och lämnar inget skadligt radioaktivt avfall är nu inom räckhåll, hävdar ett team fysiker vid University of New South Wales i Sydney.
Det handlar enligt forskare om dramatiska framsteg i kraftfulla lasrar med hög intensitet, som gör det möjligt för Sydney-teamet att klara av det som en gång var omöjligt: nämligen att skapa fusionsenergi som baseras på väte-borreaktioner.
Bor (borium på latinska) är ett halvmetalliskt grundämne med atomnummer 5 och den kemiska beteckningen B. Det rena grundämnet bor är en fast, svårsmält halvledare som bildar mycket hårda kristaller som är nära nog ogenomskinligt svartröda.
Vid rumstemperatur är bor inte särskilt reaktivt. I naturen är bor ganska ovanligt, men koncentrerade bormineraler har bildats genom naturlig indunstning av avstängda vattenmassor. Då förekommer bor som kernit eller borax (hydrater av Na2B4O7), och dessa används för borutvinning.
UNSW- teamet, som leds av en australiensisk fysiker, rustad med en patenterad design, och som samarbetar med internationella kollegor för att kunna bemästra de återstående vetenskapliga utmaningarna.
I vetenskapliga tidskriften Laser gör huvudförfattaren Heinrich Hora från UNSW Sydney och hans internationella kollegor gällande att vägen till väte-bor-fusion nu är genomförbar och betydligt närmare dess förverkligande än vad som är realiserbart med hjälp av andra metoder, såsom deuterium- tritiumfusion, ett tillvägagångssätt, som bedrivs av US National Ignition Facility (NIF) och den internationella termonukleära Experimental Reactor, ITER, som är under uppbyggnad i södra Frankrike.
Den centrala kärnverksamheten utvecklas vidare i den stora laserbaserade tröghetsinfusionsforskningslaboratoriet i National Ignition Facility i USA.
- Jag tror att detta sätter vår ståndpunkt före alla andra fusionsenergiteknologier, säger Heinrich Hora, som förutspådde på 1970-talet att smältning av väte och bor kan vara möjligt utan att det behövs termisk jämvikt.
I stället för att värma bränsle till solens temperatur med hjälp av massiva magneter med hög hållfasthet för att kontrollera superhet plasma i en munkformad toroidkammare (som i NIF och ITER gör), kan väte-borfusion uppnås genom användning av två kraftfulla lasrar i form av snabba utbrott, som tillämpar exakta olinjära krafter för att kunna komprimera kärnorna gemensamt.
Väte-borfusion skapar inga neutroner och utsöndrar därför ingen radioaktivitet i sin primära reaktion. Och i motsats till de flesta andra energikällor, som kol, gas och kärnkraft, som bygger på värmevätskor som vatten för att driva turbiner, omvandlas den energi, som genereras av väte-borfusion direkt till el.
Men nackdelen med denna metod har alltid varit att den behöver mycket högre temperaturer och densitet - nästan 3 miljarder grader Celsius, eller 200 gånger varmare än solens mitt.
En rad dramatiska framsteg inom laserteknologin har dock ökat chanserna för tillämpning av två-laser-tillvägagångssättet. En uppsjö av nya experiment runt om i världen indikerar att en "lavin" -fusionsreaktion kan utlösa en sprängning i triljondel av en sekund.
- Om forskare skulle kunna utnyttja denna kaskad, sade Hora, skulle ett genombrott i proton-borfusion var nära förestående.
- Det är en i högsta grad spännande sak att se dessa reaktioner bekräftas i samband med senaste experiment och simuleringar, säger Hora, en emeritus professor i teoretisk fysik vid UNSW.
- Jag säger detta inte bara för att demonstrera några av mina tidigare teoretiska arbeten, utan för att experimenten bekräftar laserinitierade kedjereaktionen som förmår att skapa en miljard gånger högre energiproduktion än vad som förutsägs under termiska jämviktsförhållanden.
Ett australiskt spin-off-företag, HB11 Energy, har patent på Horas processprofil.
- Om de närmaste åren av forskning inte avslöjar några större tekniska hinder kan vi få en prototypreaktor inom ett decennium, säger Warren McKenzie, VD för HB11.
- Utifrån ett tekniskt perspektiv är vårt tillvägagångssätt ett mycket enklare projekt eftersom bränslen och avfallet är säkra, reaktorn behöver inte en värmeväxlare och ångturbingenerator, och de lasrar vi behöver kan inhandlas i affären, säger McKenzie.
Andra förskare som deltog i projektet var Shalom Eliezer från Israels Soreq-kärnforskningscenter. Jose M. Martinez-Val från Spaniens Polytechnique University of Madrid; Noaz Nissim från University of California, Berkeley; Jiaxiang Wang i East China Normal University; Paraskevas Lalousis från Greklands Institut för Elektronisk Struktur och Laser; och George Miley som arbetar vid University of Illinois, Urbana.
