USA:s National Ignition Facility har uppnått ännu högre energiutbyten sedan de för första gången uppnådde jämvikt 2022, men en praktisk fusionsreaktor är fortfarande långt borta.
Fusionsförsök vid USA:s National Ignition Facility har uppnått en betydande milstolpe. Forskare har bekräftat att en fusionsreaktion 2022 nådde en historisk milstolpe genom att frigöra mer energi än vad som sattes in – och efterföljande tester har producerat ännu bättre resultat, säger de. Resultaten, som nu publicerats i en serie rapporter, ger uppmuntran till att fusionsreaktorer en dag kommer att skapa ren, riklig energi.
Kan generera mer energi
Dagens kärnkraftverk förlitar sig på fissionsreaktioner, där atomer klyvs för att frigöra energi och mindre partiklar. Fusion fungerar tvärtom, genom att pressa ihop mindre partiklar till större atomer; samma process som driver vår sol.
Fusion kan skapa mer energi utan det radioaktiva avfall som är involverat i fission, men att hitta ett sätt att innesluta och kontrollera denna process, för att inte tala om att utvinna energi från den, har undgått forskare och ingenjörer i årtionden.
Experiment för att göra detta med kapslar av deuterium och tritium-bränsle som bombarderas med lasrar – en process kallad tröghetsinneslutningfusion (ICF) – började vid Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) i Kalifornien 2011.
Liten bråkdel
Den energi som frigjordes var från början bara en liten bråkdel av laserenergin som sattes in, men den ökade gradvis tills ett experiment den 5 december 2022 äntligen passerade den avgörande milstolpen att bryta jämvikt. Den reaktionen producerade 1,5 gånger laserenergin som krävdes för att starta den.
I en rapport hävdar labbets National Ignition Facility (NIF) att testkörningar sedan dess har gett ännu större förhållanden, med en topp på 1,9 gånger energiinsatsen den 4 september 2023.
Richard Town vid LLNL säger att teamets kontroller och dubbelkontroller sedan 2022-resultatet har bevisat att det "inte var en tillfällighet", och han tror att det fortfarande finns utrymme för förbättring.
Lasrarna kan uppgraderas
Även med den hårdvara som för närvarande är installerad vid NIF, säger Town att det är troligt att utbytena kan förbättras, men om lasrarna kan uppgraderas – vilket skulle ta år – kan saker och ting drivas ännu längre.
- En större hammare hjälper alltid, säger Town.
Men Town påpekar att NIF aldrig byggdes för att vara en prototypreaktor och inte är optimerad för att öka utbyten. Dess huvudsakliga uppgift är att tillhandahålla kritisk forskning för USA:s kärnvapenprogram.
Slog ut alla lampor
En del av detta arbete innefattar att utsätta elektronik och laster från kärnvapen för neutronbombardemanget som sker när ICF-reaktioner inträffar, för att kontrollera att de kommer att fungera vid ett fullskaligt kärnvapenkrig. Risken för elektronikfel belystes under ett test 2021 när NIF avfyrades och slog ut alla lampor på platsen, vilket lämnade forskarna i mörker.
- Dessa lampor var inte härdade, men vi kan föreställa oss en militärkomponent som måste överleva en mycket högre dos, säger Town.
Detta uppdrag innebär att viss forskning från projektet förblir klassificerad; till och med konceptet med ICF var en klassificerad hemlighet fram till 1990-talet, säger Town.
Ytterligare framsteg
Meddelandet att ICF hade nått break-even-punkten 2022 gav hopp om att fusionskraften närmade sig, och detta kommer att stärkas av nyheten att ytterligare framsteg har gjorts. Men det finns förbehåll.
För det första är energiutbytet långt ifrån vad som skulle behövas för en kommersiell reaktor, knappt tillräckligt för att värma ett bad. Värre än så, förhållandet beräknas med utgångspunkt i lasrarnas utgång, men för att skapa den där 2,1 megajoules av energi, drar lasrarna 500 biljoner watt, vilket är mer kraft än hela USA:s nationella elnätets utgång. Så dessa experiment bryter jämvikt i en mycket smal bemärkelse av termen.
Praktiska fusionsreaktorer
Martin Freer vid University of Birmingham, Storbritannien, säger att dessa resultat absolut inte är en indikation på att praktiska fusionsreaktorer nu kan byggas.
- Det finns fortfarande vetenskap att göra, säger han.
- Det är inte så att vi känner till alla svaren på detta och vi inte behöver forskare längre.
Freer säger att när vetenskapliga experiment framskrider kastar de upp tekniska utmaningar för att skapa bättre material och processer, vilket kommer att möjliggöra bättre experiment och mer framsteg.
- Det finns en chans att vi kommer att ha fusion," säger han. "Men de utmaningar vi har är ganska branta, vetenskapligt.
Måste utbilda fler forskare
Aneeqa Khan vid University of Manchester, Storbritannien, håller med om att de senaste framstegen inom fusionsforskningen är positiva, men betonar att det kommer att dröja decennier innan kommersiella kraftverk är operativa – och även det kommer att bero på globalt samarbete och en samlad ansträngning för att utbilda fler människor inom området. Hon varnar för att tolka framsteg inom fusionsforskningen som en möjlig lösning för att ta itu med vårt beroende av energi från fossila bränslen.
"Fusion är redan för sent för att hantera klimatkrisen. Vi står redan inför förödelsen från klimatförändringar i global skala," säger Khan.
- På kort sikt behöver vi använda befintliga lågkolteknologier såsom fission och förnybara källor, samtidigt som vi investerar i fusion för lång sikt, för att vara en del av en mångfaldig lågkolenergimix.
Källa: New Scientist