Ett amerikanskt fusionsexperiment som redan använder sig av en maskin som alstrar världens kraftigaste strömpulser utökar nu sin arsenal med laser och magnetism i hopp om att uppnå sina ambitiösa mål.
Den så kallade Z-maskinen vid Sandia National Laboratories i New Mexico i USA har sedan en tid tillbaka använts för att med hjälp av de starkaste strömpulser som någonsin skådats på jorden försöka uppnå de extrema temperatur- och tryckförhållanden som krävs för att åstadkomma fusion. Nu ökar emellertid Sandia-forskarna sina chanser genom att tredubbla ansträngningarna.
Trestegsprocess
Den fusionsteknik som används vid Sandia brukar kallas för MagLIF (Magnetized Liner Inertial Fusion) och utnyttjar Z-maskinens strömpulser, på flera miljoner ampere, för att bland annat generera ett magnetfält, som på en bråkdels sekund krossar en liten metallcylinder fylld med fusionsbränsle. Bränslet, som består av väteisotoper, får på så vis tillräckligt hög temperatur och tillräckligt högt tryck för att fusionsreaktioner ska äga rum och frigöra en puls av fusionsenergi.
Trots att försöken med att implodera bränslefyllda cylindrar pågått sedan 2012 har forskarna vid Sandia emellertid fortfarande inte lyckats sätta igång en fusionspuls som går med vinst och genererar mer energi än vad som tillförs.
Enligt forskarna skulle detta problem kunna åtgärdas genom att de lägger till ytterligare två steg i processen i form av en laser, som förvärmer bränslet och ett extra magnetfält, som termiskt isolerar det heta bränslet.
Lyckat test
Den nya, treeggade metoden testades för första gången i slutet av november 2013, med en strömpuls på 16 miljoner ampere, ett magnetfält på 10 tesla och en grön laser på 2 kilojoule. Experimentet resulterade i cirka 10 miljarder högenergetiska neutroner, vilket är ett mått på det totala antal fusionsreaktioner som ägde rum. Även om detta fortfarande inte räcker för att generera mer energi än vad som tillfördes är det ett nytt rekord för den här typen av fusion.
- Resultaten var spännande. Vi ser det som en bekräftelse på att det fungerar som vi tror att det ska, säger Mark Herrmann vid Sandia.
Testet demonstrerade dessutom fördelarna med en pulsbaserad fusionsteknik som MagLIF.
- Det är mer sannolikt att en betydande vinst uppnås tidigt med en pulsbaserad metod, förklarar kärnfysikern David Hammer vid Cornell University i USA.
Prisvärt alternativ
Tilläggen till MagLIF-konceptet har också visat sig resultera i andra fördelar. Förutom att den förvärmer bränslet ökar lasern till exempel också dess elektriska ledningsförmåga, vilket gör bränslet mer mottagligt för den kraft som klämmer ihop det. Det finns också tecken som tyder på att det sekundära magnetfältet förutom att det isolerar bränslet även hjälper till att stabilisera den imploderande cylindern, vilket minskar de hydrodynamiska instabiliteter som kan skingra bränslet innan fusion uppnås.
Jämfört med många andra fusionsprojekt har MagLIF dessutom en stor ekonomisk fördel. MagLIF-projektets årliga budget på 5 miljoner dollar är nämligen småpotatis om man till exempel jämför med det amerikanska laserfusionsprojektet NIF (National Ignition Facility) vid Lawrence Livermore National Laboratory, med en budget på 3,5 miljarder dollar, eller det internationella fusionsexperimentet ITER, med en budget på 20 miljarder dollar.
Energiöverskott
De närmaste åren går MagLIF-forskarnas plan ut på att skruva upp kraften på alla tre steg i processen. Strömpulserna från Z-maskinen kan ökas till 27 miljoner ampere, det extra magnetfältet kan komma upp i så mycket som 30 tesla och lasern ska uppgraderas till 8 kilojoule. De planerar dessutom att förutom väteisotopen deuterium tillsätta väteisotopen tritium till bränslet.
Förhoppningen är att dessa åtgärder tillsammans ska ha gjort det möjligt att 2015 producera 10 biljarder högenergetiska neutroner per puls, vilket motsvarar en energiproduktion på omkring 100 kilojoule.
Om de lyckas nå detta mål skulle det visa att fusion som går med vinst är inom räckhåll och det skulle motivera en uppgradering av Z-maskinen till 60 miljoner ampere eller mer, vilket enligt simuleringar är vad som krävs för att till slut lyckas producera mer energi än vad som förbrukas.
