Andre veje til fusion

Tokamakken er ikke den eneste reaktortype, som potentielt kan benyttes til fusion. Et andet lovende design er stellaratoren. Som gennemgået her indesluttes plasmaet i en tokamak ved hjælp af et eksternt magnetfelt og en plasmastrøm. Tokamak-designet har mange fordele men også nogle ulemper. En ulempe er, at den centrale solenoide (spole) i en tokamak kun kan generere en plasmastrøm i tidsbegrænsede pulser, og en tokamak kan derfor kun indeslutte et plasma i en begrænset mængde tid ad gangen. Derudover kan plasmastrømmen føre til instabiliteter i plasmaet, som kan føre til tab af energi eller kollaps af plasmaet. Begge disse problemer undgås i en stellarator, hvor plasmaet udelukkende indesluttes ved hjælp af et eksternt magnetfelt – plasmastrømmen er som sådan ikke påkrævet. Magnetfeltet i en stellarator har en snoet toroidal form. For at generere magnetfeltet er de toroidale elektromagneter snoet i forhold til hinanden, hvilket kan ses på figur 1. Magnetfeltet er i en stationær tilstand (dvs. det ændrer sig ikke med tid), og et plasma kan derfor indesluttes i lang tid i en stellarator. Dog er magnetfeltet ikke helt så ensartet som i en tokamak, og mange stellaratorer har et større tab af energi og partikler. Den største og mest succesfulde stellarator i verden hedder Wendelstein 7-X (kan ses på figur 2) og er bygget af the Max Planck Institute for Plasma Physics i Tyskland. Et af formålene med Wendelstein 7-X er at undersøge, om stellarator-designet kan benyttes i et fusionskraftværk.

Både en tokamak og en stellarator kan klassificeres som MCF (magnetic confinement fusion), hvor plasmaet indesluttes med kraftige magnetfelter. En helt anden reaktortype gør brug af kraftfulde lasere og kaldes ICF (inertial confinement fusion). Her er brændselsmaterialet (typisk deuterium og tritium) samlet i en lille kugleformet kapsel, som beskydes fra alle sider med kraftfulde lasere. Dette får det yderste lag af kapslen til at eksplodere. Ved brug af Newtons tredje lov kan det indses, at eksplosionen vil forårsage en chokbølge rettet mod kapslens centrum. Hvis brændslet i kapslens centrum sammentrykkes tilstrækkeligt af chokbølgen, vil brændslet opvarmes så meget, at der sker fusionsprocesser. Den største ICF-reaktor i verden er NIF (National Ignition Facility), som ligger i Californien. Reaktoren kan ses på figur 3. NIF har de seneste år produceret lovende resultater, men teknologien er fortsat langt fra et reelt kraftværk. Læs mere om NIF her.

Et tredje koncept til en fusionsreaktor er MTF (magnetized target fusion). Konceptet er en slags hybrid mellem MCF og ICF. Først opvarmes et plasma, som er indesluttet ved hjælp af et magnetfelt. Derefter sammenpresses plasmaet meget hurtigt, og derved stiger temperaturen og tætheden af plasmaet til et niveau, hvor der kan forekomme fusionsprocesser. Teknologien er aldrig blevet demonstreret i stor skala, men det private selskab General Fusion i Canada har gennem de seneste år tilegnet sig store investeringer og er i gang med at konstruere en stor reaktorprototype. En prototype af designet er vist på figur 4. Plasmaet er i General Fusions design omringet af flydende metal, og sammenpresningen af plasmaet vil ske mekanisk ved brug af store stempler. Læs mere om General Fusion i vores artikel her.



https://www.fusionsenergi.dk/viden-om-fusionsenergi/tokamak/andre-veje-til-fusion
24 APRIL 2024