Magnetiske vidundere: Superledere i hjertet af nye fusionsmaskiner

tirsdag 15 nov 22
|

Med en superleders evne til at skabe et kraftigt og energieffektivt magnetfelt, er superledere en essentiel komponent i udviklingen af fusionsenergiteknologier.

SUBRA, en dansk deep-tech virksomhed, udvikler superlederteknologi målrettet fusion og er i spidsen for superlederudvikling i Danmark. Anders C. Wulff, medstifter og adm. direktør i SUBRA, fortæller mere om teknologien: ”Superledere er en særlig type materialer, der kan lede elektrisk strøm uden elektrisk modstand. Keramiske høj-temperaturs-superledere kan trække 300 gange mere strøm end konventionelle kobber ledninger samtidig med, at de kan tåle meget høje magnetfelter – det er det, der gør dem helt unikke.”

Fusionsindustrien udnytter disse materialers bemærkelsesværdige egenskaber til at generere og manipulere de høje magnetfelter, der gør det muligt at holde på det over 100 millioner °C varme plasma i kernen af en fusionsreaktor. Fremskridt på fremskridt har ført til nutidens superledere, der kan bidrage til at realisere en bæredygtig og praktisk talt ubegrænset energikilde, som har potentialet til at omforme det globale energilandskab, nemlig fusionsenergi.

Superledere til fusionsenergi

Energiproduktion fra fusionsprocesser, ofte kaldet den ”hellige gral” inden for grøn energi, har til formål at replicere den proces, der foregår i solen – nuklear fusion af atomkerner, som frigiver enorme mængder energi. Superledere finder deres plads i dette felt på grund af deres evne til at skabe et effektivt magnetfeltsbur, der kan holde på det meget varme plasma i en fusionsreaktor.

En af de store udfordringer inden for fusionsforskning er effektivt at holde på brændstoffet ved ekstremt høje temperaturer og høje tryk i det plasma, der er nødvendige for, at nuklear fusion kan opstå. Superledere bliver viklet til elektromagnetspoler, der er flere meter høje og hvor hver enkelt spolevinding trækker op til 40.000 A og derved skaber ekstremt store magnetfelter i størrelsesordenen 10-30 T. Det er disse store magnetfelter, der forhindrer plasmaet i at komme i kontakt med reaktorvæggene, hvilket betyder, at man undgår beskadigelse og samtidig får en effektiv varmeindeslutning.

Højtemperatur-superledere kan tåle stærke magnetfelter

Med højtemperatur-superledere (HTS) kan man øge styrken af magnetfeltet i fusionsreaktorens spoler, og dermed kan man også øge tætheden af plasmaet inde i reaktoren. Et stærkere magnetfelt betyder, at man kan have flere ladede atomkerner og elektroner i plasmaet, mens man stadig er i stand til at holde det svævende.

Jo flere ladede atomkerner man har ved en bestemt temperatur, desto flere sammenstød får man mellem dem. Med det stærkere magnetfelt har man altså en øget chance for fusion af atomkernerne og dermed frigørelse af den energi, som vi gerne vil høste til vores fælles grønne energiforsyning.

”Høj-temperatur-superlederne er nøglen til at få højere magnetfelter, og dermed mere effektive kompakte fusionsreaktorer”, fastslår Anders C. Wulff.

Et bånd hvor hver superleder er adskilt af 3D mikrokanaler, som SUBRA er i stand til skabe med deres patenterede teknologi. Båndet kan vikles rundt til en elektrisk spole. Copyright SUBRA.

Et bånd hvor hver superleder er adskilt af 3D mikrokanaler, som SUBRA er i stand til skabe med deres patenterede teknologi. Båndet kan vikles rundt til en elektrisk spole. Copyright SUBRA.

En fordel ved de keramisk-baserede højtemperatur-superledere, som SUBRA arbejder med, er deres egenskab til at transportere utrolig meget strøm, mekaniske robusthed og holdbarhed under ekstreme forhold. Fusionsreaktorer udsætter materialet for intens stråling, gentagen mekanisk påvirkning og store temperaturudsving, som kan skade konventionelle lav-temperatur superledere.

Anders understreger, at de nye højtemperatur-superledere er en vigtig del af den grønne omstilling. ”Med dem kan vi formentlig allerede i 2030’erne bygge fusionsmaskiner, der kan levere klimavenlig elektricitet til elnettet”, siger han.

Et arbejde med superledere, er et arbejde med innovation til den grønne omstilling
Copyright SUBRA.

SUBRA er en dansk Deep Tech virksomhed, der udvikler innovative løsninger til fremstilling af højtemperatur-superledere. SUBRAs team, som består af forskere, ingeniører, analytikere, teknikere og operatører, har demonstreret nogle af verdens mest effektive superledere.

Direktør Anders C. Wulff fortæller: ”En virksomhed som SUBRA, der udvikler superlederteknologi til fusionsenergi, har brug for et tværfagligt team, der har lysten til at skubbe rammerne for, hvad der er muligt. Materialeeksperter optimerer superlederens egenskaber. Magnetdesignspecialister skaber stærke og stabile magnetfelter til plasmaindeslutning. Fysikere forstår fusionsprincipper og plasmaadfærd. Det er i krydsfeltet mellem de faglige uddannelsesretninger inden for fysik, kemi, materialeforskning og teknisk fremstilling og konstruktion, at innovationshøjden for alvor kommer i spil.”

Copyright SUBRA.

Af videnskabsjournalist Karina Goyle og SUBRA

https://www.fusionsenergi.dk/da/artikler/magnetiske-vidundere-superledere-i-hjertet-af-nye-fusionsmaskiner
25 JULI 2024