Forskarnas nya magnet är ett stort steg mot fusionsreaktorer

2021-09-22 13:02  

En ny stark elektromagnet ökar förhoppningarna om att kunna utvinna energi från fusion inom en snar framtid. Magneten använder sig av högtemperaturssupraledare och är den starkaste i sitt slag.

Vad har hänt? 

Ett forskarlag har utvecklat en elektromagnet med högtemperatursupraledare som uppnått en fältstyrka på 20 tesla. Det kan jämföras med en vanlig kylskåpsmagnet som har en styrka på runt 0,001 tesla.

Magneten ska användas för fusion, och är den hittills starkaste i sitt slag. Projektet leds av forskare från Massachusetts Institute of Technology (MIT) och uppstartsbolaget Commonwealth Fusion Systems (CFS).

Varför är fusionsenergi intressant? 

Fusion går ut på att slå ihop lätta atomer för att bilda tyngre atomer, en process som kan ge överskottsenergi. En fusionsreaktor skulle till skillnad från en fissionsreaktor inte skapa några radioaktiva avfall, och till skillnad från kolkraftverk inte heller släppa ut några växthusgaser.

Magneten som skapat ett magnetfält på 20 tesla. Foto: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021

Den vanligaste fusionsreaktionen går ut på att slå ihop väteatomer för att utvinna energi, och väte finns det gott om i både hav och sjöar.

– Jorden är full av vatten – det är en nästintill obegränsad tillgång. Vi måste bara ta reda på hur vi ska använda det, säger Maria Zuber, forskningsdirektör på MIT, i ett pressmeddelande.   

Varför behövs det kraftfulla magneter i en fusionsreaktor?

Fusion är den process som sker i stjärnor. I till exempel vår sol sker det konstant olika sorters fusionsreaktioner som främst skapar helium av väte. När väteatomerna slås ihop så frigörs det även energi som ger oss på jorden både ljus och värme. 

Det största problemet med fusion är att det enbart kan ske vid väldigt höga temperaturer. En stjärna uppnår dessa temperaturer när den samlar på sig material och gravitationstrycket ökar temperaturen i dess mitt. Till slut blir det så pass varmt att röran av protoner och elektroner, plasmat, inuti stjärnan börjar fusionera och skapa energi.

En modell av prototypreaktorn Sparc som ska vara klar år 2025. Foto: Gretchen Ertl, CFS/MIT-PSFC, 2021

Inga material som vi känner till klarar av att vara i kontakt med något som är så pass varmt – upp emot 100 000 000 grader Celsius eller mer – och man behöver därför hålla det heta plasmat stabilt utan att röra vid det. Det är här magneten kommer in. 

Magneten är en av 18 stycken som ska användas i reaktorn Sparc. Sparc är en så kallad Tokamak, en konstruktion som använder sig av ett toroidalt magnetfält för inneslutande av plasma. Man kan tänka sig att magneterna ska fungera som en sorts flaska som omsluter plasmat och håller det under kontroll utan att vara i kontakt med det. Plasmat kan kontrolleras av magnetfältet eftersom det består av protoner och elektroner med elektrisk laddning. 

Den sortens magnet som nu utvecklats bygger på supraledare och har en munkliknande utformning. Det nya i magneten är ett supraledande material som blev tillgängligt för några år sedan. Materialet är en högtemperatursupraledare och finns tillgängligt i en platt remliknande form, vilket möjliggör högre magnetisk fältstyrka fast med betydligt mindre magneter än tidigare.

 

Finns det liknande projekt?

I södra Frankrike finns projektet Iter. Det är ett samarbete mellan 35 länder med målet att bygga en fungerande fusionsreaktor. Iter vill visa att fusionsreaktorer skulle kunna fungera som storskaliga och kolfria energikällor. Iter använder sig av lågtemperaturssupraledare och magneterna är mycket större än i det amerikanska projektet.

En stor solenoidmagnet som ska användas i ITER-projektet. Foto: Daniel Cole / TT

Nyligen transporterades en del av Iters centrala solenoidmagnet på 13 tesla från Texas till Frankrike via skepp över Atlanten. Färdigmonterad kommer den centrala magneten vara 18 meter hög och 4,25 meter bred. 

Vad händer nu? 

Forskarlaget från MIT och CFS kommer nu att fortsätta sina planer mot att skapa den första fusionsreaktorn. De hoppas på att ha prototypreaktorn Sparc klar till 2025 för att sen gå vidare mot en större reaktor med namnet Arc kort därefter. Om projektet lyckas kan deras fusionsreaktorer komma att spela en betydande roll i kampen mot klimatförändringarna.

Bill Burrau

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt