En kraftfuld ny-stålbygget tokamak-reaktor sigter mod endelig at opnå den hellige gral af fusion-drevet elproduktion.
Dybt inde i den franske region Provence, udvalgt på grund af dets gunstige geologiske, hydrologiske og seismiske forhold, samt adgang til vand og elektricitet, ligger et vidtstrakt 180 hektar stort anlæg, der huser den internationale termonukleare forsøgsreaktor (ITER).
Traditionelle kraftværker omdanner varme fra forbrænding af fossilt brændstof eller nuklear fission til damp, som derefter bruges til at rotere turbiner, der omdanner mekanisk energi til elektricitet. Begge disse metoder, mens pålidelige strømkilder, kommer med miljøpåvirkninger gennem emissioner eller radioaktivt affald.
Men hvad nu hvis der var en måde at producere denne varme på uden de skadelige-biprodukter? Dette er drømmen om fusionskraft, et igangværende eksperiment til at producere enorme mængder energi gennem atomar fusion.
Identisk med de processer, der driver vores sol, sker fusion, når to brintatomer smelter sammen og smelter sammen til et enkelt heliumatom. Dette genererer enorme mængder energi uden at producere radioaktive fissionsprodukter.
At skabe denne proces udgør en alvorlig ingeniørmæssig udfordring, da reaktionerne skal styres præcist i et rum, hvor der genereres enorme mængder energi.
Styrken af en stjerne i et-stålbygget bur
På ITER-anlægget er byggeriet i gang på verdens største tokamak-reaktor. I hjertet af denne eksperimentelle maskine, baseret på en sovjetisk model udviklet i 1960'erne, er et torusformet -vakuumkammer.
Med en vægt på 5.200 tons og med et volumen på 1.400 m³ er vakuumkammeret langt det største af sin slags, hvilket gør det lettere for fysikerne, der betjener det, at kontrollere de reaktioner, der er nødvendige for at generere levedygtig fusionskraft.
ITERs eksperimenter vil finde sted inde i denne-stålbyggede vakuumbeholder, som indeholder fusionsreaktionerne og er hermetisk forseglet, der fungerer som den primære sikkerhedsbarriere. Her bliver brintbrændstof udsat for enorm varme og tryk, hvilket gør det til den varme, elektrisk ladede gas kendt som plasma.
Dette vakuummiljø giver strålingsafskærmning og understøtter plasmastabilitet, mens kølevandssystemer, cirkuleret mellem dets dobbelte stålvægge, sikkert fjerner den varme, der genereres, mens reaktoren er aktiv. Dette er meget vigtigt, da temperaturer på mellem 150 og 300 millioner grader er nødvendige for fusion.
ITERs nye fusionsreaktor bliver verdens største, når den er færdigbygget
Magnetfelternes kraft
Doughnut-formen af interiøret gør det muligt for plasmapartiklerne indeni at cirkle kontinuerligt uden at røre væggene. Dette supervarme plasma er indeholdt og kontrolleret i tokamak-reaktoren af magnetiske felter produceret af 10.000 tons superledende magneter.
ITER, der er i stand til at producere stærkere felter end konventionelle magneter, når de holdes ved temperaturer på -269 grader, bruger "højtydende, internt afkølede superledere", hvor superledende tråde er bundtet sammen og indeholdt i en strukturel stålkappe.
Denne måde at generere magnetiske felter på er også billigere og mindre energiforbrugende- end alternativer, hvilket gør den til den eneste brugbare mulighed for de massive magnetsystemer, der er nødvendige for at understøtte fusionskraft.
Vakuumbeholderen og dens superledende magnetsystem er alle indeholdt i ITER-kryostaten, som giver et vakuumrum med ultra-lav temperatur. Med sine 16.000 m³ er det det største højtrykskammer i rustfrit stål, der nogensinde er bygget.
De ekstreme temperaturforskelle i reaktoren gør rustfrit stål til et ideelt valg. Stålets høje duktilitet og sejhed er i stand til at opretholde ydeevnen ved høje og lave temperaturer, hvilket gør det til en uerstattelig del af ITER.
Da tokamak forventes at være oppe at køre i 2025, håber fusionsfysikere, at dette vil være en{1}}game changer for energiproduktion. Mens udsigten til næsten-ubegrænset ren energi forbliver uden for horisonten, er det klart, at hvis vi skal opnå kommerciel fusion, vil det være stålets vedvarende kraft, der giver os mulighed for at udnytte det.
