Hva er magnetisk inneslutningssmelting?

Magnetisk inneslutningssmelting er en tilnærming til kjernefusjon som innebærer å suspendere et plasma (ionisert gass) i et magnetfelt og heve temperaturen og trykket til store nivåer. Atomfusjon er en type kjernekraft som produseres når lette atomkjerner - hydrogen, deuterium, tritium eller helium - smeltes sammen ved store temperaturer og trykk. Alt solens lys og varme stammer fra kjernefysiske reaksjonsreaksjoner som pågår i kjernen. Det er gjennom dette solen i det hele tatt kan eksistere - det ytre trykket til fusjonsreaksjonene balanserer tendensen til gravitasjonskollaps.

Selv om menneskeheten har utnyttet fisjonenergi - å bryte fra seg tunge kjerner - for kjernekraft, unngår fremdeles suksessfull fusjonskraft oss. Så langt bruker hvert forsøk på å generere fusjonskraft mer energi enn det produserer. Magnetisk inneslutningssmelting er en av to populære tilnærminger til kjernefusjon: den andre er treghetsinneslutningssmelting, som innebærer å bombardere en drivstoffpellet med høytdrevne lasere. Det er for øyeblikket ett prosjekt med flere milliarder dollar som forfølger hver vei - National Ignition Facility i USA forfølger treghetsfiksing, og International Thermonuclear Experimental Reactor, et internasjonalt prosjekt, forfølger magnetisk innesperring.

Eksperimenter med magnetisk innesperring fusjon begynte i 1951, da Lyman Spitzer, en fysiker og astronom, bygde Stellerator, en figur åtteformet plasmabegrensningsanordning. Et stort gjennombrudd kom i 1968, da russiske forskere presenterte tokamak-designen for publikum, en torus som ville være utformingen av de fleste magnetiske inneslutningsfusjonsenheter som kommer. I 1991 var det enda et skritt fremover med byggingen av START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) i Storbritannia, en sfæromak eller en sfærisk tokamak. Testing viste at denne enheten var omtrent tre ganger bedre enn de fleste tokamaks ved å sette i gang fusjonsreaksjoner, og sfæromakker fortsetter å være et pågående undersøkelsesområde innen fusjonsforskning.

For at fusjonsreaksjonene skal være effektive, må senteret av en tokamak-reaktor varmes opp til temperaturer rundt 100 millioner Kelvin. Ved så høye temperaturer har partiklene enorm kinetisk energi og prøver hele tiden å rømme. En fusjonsforskning sammenligner utfordringen med magnetisk inneslutningssmelting med den å klemme en ballong - hvis du trykker hardt på den ene siden, spretter den bare ut på en annen. Ved magnetisk inneslutningssmelting får denne "dukker ut" høye temperaturpartikler til å kollidere med reaktorveggen og skrape av biter av metall i en prosess som kalles "sputtering". Disse partiklene absorberer energi, og senker den totale temperaturen på det innesperrede plasmaet og vanskeliggjør oppnåelse av riktig temperatur.

Hvis fusjonskraften kunne mestres, kan den bli en enestående energikilde for menneskeheten, men selv de mest optimistiske forskerne forventer ikke kommersiell kraftproduksjon før 2030.