Ett milligram helium lyser opp i det første forsøket på å starte opp fusjonsreaktoren Wendelstein 7-X i Greifswald nordøst i Tyskland. Denne reaktoren har en annen konstruksjon enn i storprosjektet ITER i Frankrike, og kan være en reserveløsning hvis ITER slår feil. (Foto: Fra video av Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.)
Ett milligram helium lyser opp i det første forsøket på å starte opp fusjonsreaktoren Wendelstein 7-X i Greifswald nordøst i Tyskland. Denne reaktoren har en annen konstruksjon enn i storprosjektet ITER i Frankrike, og kan være en reserveløsning hvis ITER slår feil. (Foto: Fra video av Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.)

Blaff av håp for ny fusjonsenergi

Tysk forskningsreaktor startet på første forsøk.

Published

Ett milligram heliumgass lyste opp i ett tiendels sekund. Så var øyeblikket over, og applausen brøt løs i kontrollrommet til  stellaratoren Wendelstein 7-X.

Navnet har stellaratoren fått fra det latinske navnet for stjerne – stella. Kjernereaksjonene som stellaratoren er laget for å produsere, er de samme som får stjerner – også vår egen sol – til å lyse.

Heliumblaffet den 10. desember 2015 var ikke typisk for hva denne reaktoren kan klare. Foreløpig var det ingen kjernereaksjon, bare en demonstrasjon av at temperaturen var høy nok.

Den korte tida blaffet varte, var heller ikke typisk for hva stellaratoren kan klare. Den er nemlig laget for å holde i gang kjernereaksjoner i opptil en halv time. Dette er stellaratorens store fortrinn.

Utfordrer for ITER

En halv time høres kanskje ikke lenge ut, men sammenlignet med den andre og mye større konkurrenten ITER er det en ren evighet.

ITER  er under bygging i Sør-Frankrike, og vil bare holde kjernereaksjonene i gang i korte pulser med en annen teknologi.

Wendelstein 7-X har også en annen fordel framfor ITER: Den står ferdig.

ITER er et internasjonalt gigantprosjekt. Det er kraftig forsinket og vil trolig først kunne fyres opp tidligst i 2020. Da vil den ha kostet minst ti ganger så mye som Wendelstein 7-X.

En reserve for ITER

Likevel er ITER fortsatt hovedsporet som følges i jakten på fusjonskraft som kommersiell kilde til ren, ubegrenset energi fra verdens vanligste råstoff – hydrogen.

– Stellaratoren er ingen ITER-dødare, skriver Torbjörn Hellsten til forskning.no.

Hellsten er professor emeritus og forskningsleder i avdelingen for fusjonsplasmafysikk på Kungliga Tekniska Høgskolan i Stockholm.

– Wendelstein er en reserve hvis ITER mislykkes, fortsetter Hellsten.

Skulle ITER mislykkes, vil ikke Wendelstein stå klar til å ta over. Da måtte det lages en ny og større Wendelstein 7-X på størrelse med ITER.

Lærdom fra ITER vil også komme stellarator-reaktoren til nytte, ifølge Hellsten.






Fra første oppstart av Wendelstein 7-X. Fra Max-Planck-Institut für Plasmaphysik.

Hydrogengass i magnetfelt

ITER er altså ikke en stellarator, som Wendelstein. Den er en tokamak-reaktor. Tokamak er en russisk forkortelse for en smultring som holder noe på plass med kraftige magnetfelt.

Det som holdes på plass er hydrogengass. Den varmes opp til flere hundre millioner grader av mikrobølger fra en laser.

Dermed blir gassen elektrisk ladet. Den blir et plasma.

Bare magnetfeltet kan presse plasmaet kraftig nok sammen til at forholdene ligner innsiden av sola og kjernereaksjonene kan starte.

Vanlige vegger duger ikke. Hvis plasmaet kommer nær veggene, blir det kjølt ned, og kjernereaksjonene stanser.

Magnetisk smultring

Både tokamaken – som i ITER – og stellaratoren Wendelstein bruker magnetfelt til å holde plasmaet på plass. Det som skiller dem, er måten de løser et grunnleggende problem på.

Plasmaet må nemlig holdes på plass ved at det går rundt og rundt i et magnetfelt inne i en uendelig sløyfe, formet som en smultring.

Magnetfeltet lages med magneter av superledende materialer, plassert rundt smultringen.

Plasma på avveier

Problemet er at smultringen har en ytterside og en innerside. Magnetfeltet blir – enkelt forklart – tynnere spedd utover på yttersiden, der veien rundt er lenger.

Dermed holder ikke plasmaet seg midt i smultringen. Det driver innover og utover mot ytterkanten og innerkanten.

Tokamaken løser dette ved å utnytte de elektriske strømmene i plasmaet. Strømmene lager også et magnetfelt inne i plasmaet selv. Disse magnetfeltene dreier plasmaet tilbake inn mot midten.

Problemet med denne løsningen er at strømmene i plasmaet bare kan holdes ved like i korte pulser.

Kompleks utforming

Stellaratoren kan derimot holde reaksjonene i gang sammenhengende over lengre tid. Det klarer de ved å forme selve smultringen slik at magnetfeltet rundt vrir plasmaet tilbake inn mot midten.

Det er svært vanskelig å forme smultringen i stellaratoren nøyaktig slik. Også de superledende magnetene til stellaratoren må ha spoler med kompleks utforming.






Video fra Max-Planck-Institut für Plasmaphysik med dataanimasjoner som beskriver hvordan Wendelstein 7-X er bygget opp.

Derfor ble tokamak valgt framfor stellaratoren i ITER. Tokamak-smultringen kan ha en enkel form.

Nå har datateknologi gjort det mulig å lage stellaratoren nøyaktig slik det kreves for at den skal fungere. Denne gamle teknologien fra 1950-tallet har derfor fått sin renessanse.

Skritt på veien

Likevel har veien fram mot verdens hittil største stellarator – Wendestein 7-X – vært humpete og full av tekniske utfordringer.

Wendelstein 7-X er heller ikke laget slik at den kan produsere netto energi. Det må fortsatt sendes mer energi inn i reaktoren i form av mikrobølger og magnetstrømmer enn hva fusjonsprosessene kan lage.

Reaktoren Wendelstein 7-X er derfor også bare et skritt på veien mot fusjonskraft. Onde tunger vil ha det til at fusjonskraft er 50 år inn i framtida og vil fortsette med det.

Forsøkene fortsetter

Den første oppstarten av Wendelstein 7-X brukte heliumgass fordi det er lettere å lage et plasma av helium.

Forsøkene med helium vil fortsette utover i 2016, med stadig lengre perioder hvor plasmaet holdes ved like.

Så vil forskerne gjøre de første forsøkene med å lage plasma fra hydrogen, ifølge en nyhetsmelding fra Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, som har stellaratoren på sitt område i byen Greifswald nordøst i Tyskland.

Lenker:

Video som forklarer forskjellen mellom en tokamak og en stellarator