Hvad er magnetisk indeslutningsfusion?

Magnetisk indeslutningssmeltning er en tilgang til nuklear fusion, der involverer ophængning af et plasma (ioniseret gas) i et magnetfelt og hæver dens temperatur og tryk til store niveauer. Kernefusion er en type kerneenergi, der produceres, når lette atomkerner - brint, deuterium, tritium eller helium - smeltes sammen ved store temperaturer og tryk. Alt solens lys og varme stammer fra nukleare fusionsreaktioner, der fortsætter i dens kerne. Det er gennem dette, at Solen overhovedet kan eksistere - det udadvendte tryk fra fusionsreaktionerne afbalancerer tendensen til gravitationsfald.

Selvom menneskeheden har udnyttet splittelsesenergi - ved at bryde tunge kerner fra - for kernekraft, undgår vi stadig en succesrig fusionskraft. Hidtil bruger ethvert forsøg på at generere fusionskraft mere energi end det producerer. Magnetisk indeslutningssammensmeltning er en af ​​to populære tilgange til nuklear fusion - den anden er inertial indeslutningssammensmeltning, som involverer bombardering af en brændstofpellet med højdrevne lasere. Der er i øjeblikket et projekt på flere milliarder dollars, der forfølger hver vej - National Ignition Facility i USA forfølger inertial indeslutningssammensmeltning, og den internationale termonukleære eksperimentelle reaktor, et internationalt projekt, forfølger magnetisk indeslutningssmeltning.

Eksperimenter i magnetisk indeslutningssmeltning begyndte i 1951, da Lyman Spitzer, en fysiker og astronom, byggede Stellerator, en figur-otteformet plasmaindeslutningsanordning. Et stort gennembrud kom i 1968, da russiske videnskabsmænd præsenterede tokamak-designet til offentligheden, en torus, der ville være designet til de fleste magnetiske indeslutningsfusionsenheder, der kommer. I 1991 var der endnu et skridt fremad med opførelsen af ​​START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) i England, en sfæromak eller en sfærisk tokamak. Testning viste, at denne enhed var cirka tre gange bedre end de fleste tokamakker ved initiering af fusionsreaktioner, og sfæromakker er fortsat et igangværende undersøgelsesområde inden for fusionsundersøgelser.

For at fusionsreaktionerne skal være effektive, skal midten af ​​en tokamak-reaktor opvarmes til temperaturer omkring 100 millioner Kelvin. Ved så høje temperaturer har partiklerne en enorm kinetisk energi og prøver konstant at undslippe. En fusionsundersøgelse sammenligner udfordringen ved magnetisk indeslutningssmeltning med den at klemme en ballon - hvis du trykker hårdt på den ene side, springer den bare ud på den anden. Ved magnetisk indeslutningssammensmeltning får denne "dukker ud" partikler til høj temperatur til at kollidere med reaktorvæggen og skrabe metalbiter af i en proces, der kaldes "sputtering". Disse partikler absorberer energi, hvilket sænker den samlede temperatur på det begrænsede plasma og gør det vanskeligt at opnå den rigtige temperatur.

Hvis fusionskraft kunne mestres, kan den blive en enestående energikilde for menneskeheden, men selv de mest optimistiske forskere forventer ikke kommerciel kraftproduktion inden 2030.