Amerikanska forskare vid Sandia National Laboratories har genomfört lyckade preliminära tester av en fusionsbaserad teknik som de inom några år hoppas ska kunna producera minst lika mycket energi som den förbrukar.
Den fusionsteknik som det nu forskas kring vid Sandia National Laboratories kallas för MagLIF (Magnetized Liner Inertial Fusion) och använder sig av både lasrar och magnetfält. Fusionsbränslet förvärms med hjälp av lasrar och magnetfält används sedan för att komprimera de cylindriska metallbehållare som bränslet förvaras i.
För att bränslet, i form av deuterium och möjligtvis tritium, ska pressas samman tillräckligt mycket för att fusion ska äga rum krävs det emellertid att cylindrarna inte deformeras för mycket under den elektromagnetiska komprimeringen.
I september i år slutfördes en rad tester med tomma behållare. Testerna bestod i att behållarna i form av berylliumcylindrar med en diameter på strax under 7 millimeter, imploderades med hjälp av ett starkt magnetfält, genererat av en ström på 25 miljoner ampere från Sandias så kallade Z-machine i Albuquerque i New Mexico. Testerna visade att behållarna höll måttet.
– De experimentella resultaten, det vill säga till viken grad de imploderande behållarna behöll sin cylindriska integritet under implosionen, stämde överens med resultaten från tidigare datorsimuleringar vid Sandia. Dessa förutsåg att MagLIF kommer att kunna gå mer än jämnt upp, säger Ryan McBride, som leder forskningen.
De simuleringar som gjorts har visat att en behållare innehållande förvärmt deuterium och tritium som krossas av magnetfält genererade av Sandias Z-machine skulle kunna producera något mer energi genom fusion än vad som skulle gå åt för att genomföra experimentet. Med en ännu kraftfullare accelerator, som levererar 60 miljoner ampere istället för 25 miljoner ampere, skulle det enligt simuleringarna vara möjligt att producera mer än 1 000 gånger så mycket energi som man tillför till bränslet. För att detta ska vara möjligt måste man emellertid först vara säker på att behållarna kan behålla en tillräckligt cylindrisk form under de få nanosekunder som implosionen tar.
Att få behållarna att behålla formen kompliceras av att de samtidigt som de imploderas även löses upp. Eftersom den enorma elektriska ström som genererar det magnetfält som krossar behållarna också leds genom behållarna får den deras yta att förvandlas till plasma. Detta försvagar behållarna och under implosionen blir de mer och mer instabila.
– Frågan är, kan vi börja med en tillräckligt tjock tub för att vi ska kunna slutföra implosionen och förbränna fusionsbränslet innan instabiliteten äter sig hela vägen genom väggen på behållaren, säger McBride.
Han tillägger att en tjockare tub skulle vara mer robust och stå emot instabiliteten bättre, men att implosionen skulle vara mindre effektiv eftersom mer massa skulle behöva accelereras. En tunnare tub skulle däremot kunna accelereras till en högre implosionshastighet, men då skulle instabiliteten slita den i bitar och göra den obrukbar. Experimenten var därför utformade för att testa en gyllene medelväg som förutspåtts av datorsimuleringar och där en tillräckligt robust behållare kan imploderas med tillräckligt hög hastighet.
Röntgenfotografier tagna med en nanosekunds mellanrum under de preliminära testerna visade att berylliumcylindrar med de dimensioner som föreslagits av simuleringarna bibehöll sin integritet under hela imploderingen och att insidan fortsatte att vara förhållandevis intakt, trots att utsidan förvrängdes.
Testernas framgång gör att man nu vågar gå vidare med nästa steg och skarpa experiment med deuteriumbränsle är planerade till slutet av 2013. Innan dess ska man även hinna med att testa föruppvärmningen av bränslet och de sekundära magnetfält som ska förhindra att de laddade partiklarna i det heta bränslet slipper ut.
– Det här arbetet är ett till steg på den långa vägen till möjliga energitillämpningar, säger Mark Herrmann vid Sandia National Laboratories.
