Kan kraftfulla lasrar driva en fungerande reaktor?

Damien Jemison National Ignition Facility i Kalifornien använder kraftfulla lasrar för att utlösa fusionsreaktioner Djupt under Nevadas öken på 1980-talet genomförde USA hemlig kärnvapenforskning. Bland experimenten fanns ett försök att se om kärnfusion, reaktionen som driver solen, kunde vara gnista på jorden i en kontrollerad miljö. Experimenten klassificerades, men det var allmänt känt bland fysiker att resultaten hade varit lovande. Den kunskapen fångade uppmärksamheten hos två unga doktorander som arbetade vid Los Alamos National Laboratory i slutet av 2000-talet, Conner Galloway och Alexander Valys. Los Alamos-labbet inrättades ursprungligen 1943 som en topphemlig plats för att utveckla de första kärnvapnen. Beläget nära Santa Fe, New Mexico, är det nu en amerikansk statlig forsknings- och utvecklingsanläggning.” När Alex och jag fick veta om dessa tester på Los Alamos var vår reaktion som ”wow, tröghetsfusion har redan fungerat!”. Pellets i laboratorieskala antändes, var detaljerna hemligstämda, men tillräckligt mycket offentliggjordes för att vi visste att antändning uppnåddes”, säger Mr Galloway. Kärnfusion är processen att smälta samman vätekärnor, vilket producerar enorma mängder energi. Reaktionen skapar helium och inte det långlivade radioaktiva avfallet från klyvningsprocessen som används i befintliga kärnkraftverk. Om fusion kan utnyttjas lovar den riklig elektricitet, genererad utan att producera CO2. Dessa tester på 1980-talet ledde till att USA:s regering bygger National Ignition Facility (NIF) i Kalifornien, ett projekt för att se om kärnbränslepellets kan antändas med en kraftfull laser. Efter mer än ett decenniums arbete fick forskare vid NIF ett genombrott i slutet av 2022. Forskare genomförde det första kontrollerade fusionsexperimentet för att producera mer energi från reaktionen än den som tillfördes av lasrarna som utlöste den. Medan fysiker runt om i världen förundrades över det genombrottet, hade det tagit forskarna vid NIF mycket längre tid än förväntat.” svalt”, säger Mr Galloway. Han menar inte att de behövde mer snacks, istället var NIF-lasern bara precis tillräckligt kraftfull för att antända bränslepelleten. Mr Galloway och Mr Valys tror att kraftfullare lasrar kommer att göra det möjligt att bygga en fungerande fusionsreaktion som kan leverera el till elnätet. För att göra det grundade de Xcimer, baserat i Denver.NIF fick nöja sig med en laser som kunde pumpa ut två megajoule energi. Mr Galloway och Mr Valys planerar att experimentera med lasrar som kan leverera upp till 20 megajoule energi.” Vi tror 10 till 12 [megajoules] är den söta platsen för ett kommersiellt kraftverk”, säger Mr Galloway. En sådan laserstråle skulle träffa bränslekapseln med ett kraftfullt slag. Det skulle vara som att ta energin från en 40-tons ledad lastbil som färdas i 60 mph och fokusera den på den centimeterstora kapseln i några miljarddelar av en sekund. Kraftfullare lasrar gör att Xcimer kan använda större och enklare bränslekapslar än NIF, som hade svårt att perfekta dem. XcimerConner Galloway (till vänster) och Alexander Valys grundare av fusionsföretaget XcimerXcimer ansluter sig till dussintals andra organisationer runt om i världen som försöker bygga en fungerande fusionsreaktor. Att krossa en bränslepellet med laser faller under kategorin tröghetsinneslutningsfusion. att fånga ett brinnande moln av atomer som kallas plasma. Båda tillvägagångssätten har skrämmande tekniska utmaningar att övervinna. I synnerhet, hur utvinner du värmen som genereras under fusion så att du kan göra något användbart med den, som att köra en turbin för att göra elektricitet?” anta att min skepsis är att jag ännu inte ens sett ett övertygande konceptuellt diagram över hur du hanterar processen att ta ut energi samtidigt som fusionsreaktionen håller igång”, säger professor Ian Lowe vid Griffith University i Australien. Han har tillbringat sin långa karriär arbetar inom energiforskning och energipolitik. Medan professor Lowe stöder utvecklingen av fusionsteknik, hävdar han bara att en fungerande fusionsreaktor inte kommer att komma snabbt nog för att hjälpa till att minska koldioxidutsläppen och ta itu med klimatförändringarna.” Min oro är att även den mest optimistiska uppfattningen är att vi skulle ha turen att ha kommersiella fusionsreaktorer till 2050. Och långt innan dess måste vi ha dekarbonat energiförsörjningen om vi inte ska smälta planeten, säger han. En annan utmaning är att fusionsreaktionen producerar högenergipartiklar som kommer att nedbrytningsstål eller något annat material som kantar reaktorhärden. Getty Images Hemliga fusionstester utfördes vid Los Alamos National Laboratory på 1980-talet. De inom fusionsindustrin förnekar inte de tekniska utmaningarna, men känner att de kan övervinnas. Xcimer planerar att använda ett ”vattenfall” av smält salt som flödar runt fusionsreaktionen att absorbera värmen. Grundarna är övertygade om att de kan avfyra lasrarna och byta ut bränslekapslarna (en varannan sekund) samtidigt som de håller igång det flödet. Flödet av smält salt kommer också att vara tillräckligt tjockt för att absorbera högenergipartiklar som potentiellt kan skada reaktorn.” Vi har bara två relativt små laserstrålar som kommer in från vardera sidan [of the fuel pellet]. Så du behöver bara ett gap i flödet som är tillräckligt stort för de där strålarna, och så du behöver inte stänga av och slå på hela flödet”, säger Valys. Men hur snabbt kan de få ett sådant system att fungera? Xcimer planerar att experimentera med lasrarna i två år, innan de bygger en målkammare, där de kan rikta in sig på bränslepellets. Det sista steget skulle vara den fungerande reaktorn, som de hoppas skulle kopplas in i elnätet i mitten av 2030-talet. den första fasen av deras arbete har Xcimer samlat in 100 miljoner dollar. Pengarna kommer att användas för att bygga en anläggning i Denver och prototypen av lasersystem. Hundratals miljoner dollar kommer att behövas för att bygga en fungerande reaktor grundarna av Xcimer och andra nystartade fusionsföretag är utsikterna till billig, kolfri elektricitet oemotståndlig.” Du vet, det kommer att förändra banan för vad som är möjligt för mänsklighetens framsteg”, säger Valys. More Technology of Business