Fusion er universets energikilde

Fusion i stjernerne

Fusion er når lette atomkerner smelter sammen og frigiver energi i form af lys og varme. Atomkernerne befinder sig på plasmaform, så ioner og elektroner bevæger sig frit mellem hinanden.

I universet er det stjerners tyngdekraft, der skaber de forhold, der muliggør fusion. På den måde danner stjernerne større og tungere grundstoffer.

Den dominerende fusionsproces i stjernerne, inkl. Solen, er proton-proton kæden. Det er en serie af adskilte reaktioner, der tilsammen omdanner hydrogen til helium.

Plasma udgør omkring 99,9% af det observerbare univers

På Jorden kender vi mest plasma som den 4. tilstandsform ud over gas, flydende og fast form.

I hverdagslivet kan plasma optræde i form af nordlys eller lynnedslag.

Den fjerde tilstandsform

Mens gas består af atomer eller molekyler, og er elektrisk neutralt, så er plasma opvarmet gas hvor atomerne er splittet ad til positivt ladede ioner og negativt ladede elektroner. Et plasma består altså af elektrisk ladede partikler. Derfor kan et plasma lede elektrisk strøm, og det kan formes med magnetfelter.

Ekstreme betingelser

Ved fusion skal positive ioner, som ellers ville frastøde hinanden, tvinges tæt på hinanden, så de kan smelte sammen. For at gøre det, skal de overkomme den såkaldte Coulomb barriere. I en stjerne sker det, fordi stjernens tyngdekraft presser plasmaet så tæt sammen, at der opstår ekstreme temperaturer og tæthed.

Svævende plasma

Plasma i en fusionsreaktor må ikke have kontakt med noget, da temperaturen langt overstiger ethvert materiales kogepunkt. For at isolere plasmaet holdes det svævende med kraftige magnetfelter i et vakuumkammer.

For at opnå tilstrækkeligt høje temperatur til at fusionsprocesser kan ske, skal plasmaet indesluttes. Det kan overordnet ske på to forskellige måder, magnetisk eller inertielt.

mrFusions løsning er en magnetisk spejlkonfiguration.

Generelt er en magnetisk spejlkonfiguration en simpel og lineær konstruktion, og består grundlæggende af et vakuumsystem med forstærkede magnetfelter i enderne.

mrFusion udvikler teknologier, der forbedrer den magnetiske spejlkonfiguration.

Billedet viser en tidlig test af radiofrekvent plasmaopvarmning. Plasmaet er relativt koldt og uden indeslutning.

Omkostnings-effektivt med høj udnyttelse af magnetfeltet

Et magnetisk spejl er kendetegnet ved en høj beta-værdi β. Beta-værdien er udtryk for forholdet mellem plasmaets tryk og det magnetiske tryk. Jo højere plasmatryk jo flere fusionsprocesser og dermed mere energi. Magneter er en vigtig og kostbar komponent i en fusionsreaktor, så effektiv udnyttelse af magnetfeltet er vigtigt.

RAMI

RAMI (Reliability, Availability, Maintainability, Inspectability) er fundamentet for at gå fra fusionsforskning til kommercielle kraftværker. En magnetisk spejlkonfiguration har en klar fordel over torusformerede eller laserbaserede konfigurationer med sin simple geometri.

Skalérbar

Udvikling og industrialisering af fusionsenergi baseret på en magnetisk spejlkonfiguration vil være billigere end andre løsninger, fordi geometrien ved en spejlkonfiguration er lineær og enkel. Det gør løsningen nem at skalere.

Kompakt

Der kræves stærke magnetfelter i en fusionsreaktor, men selve magnetløsningen i en spejlkonfiguration er ofte mere kompakt og enkel at fremstille og integrere i en forsyningskæde end de komplekse magnetsystemer i torusformede reaktorer.

Åben

Et magnetisk spejl har altid en åben magnetfeltlinjestruktur, og kaldes Open-ended. En åben konfiguration muliggør direkte konvertering til el. Det letter også fjernelse af urenheder og helium, der er restproduktet fra fusionsprocessen.

Bor - fremtidens energikilde

Aneutronisk fusion

Proton-bor reaktionen er aneutronisk. Aneutronisk betyder uden neutroner. Reaktionsproduktet er helium. Der er ingen energirig neutronstråling. Derved undgås bombardement af reaktorkomponenter og reaktoren nedbrydes ikke eller bliver radioaktiv som følge af neutronaktivering.

Proliferation resistent

Det er ikke muligt at udvikle atomvåben ud fra bor, eller ud fra restprodukter af proton-bor fusion. Derfor kræves mindre kontrol og sikkerhedsforanstaltninger sammenlignet med andre former for kernekraft.

Direkte energikonvertering

En magnetisk spejlkonfiguration med proton-bor brændstof er velegnet til direkte konvertering til el. De enkle magnetspoler, fraværet af dampkredsløb og strålingsafskærmning vil reducere energiløsningens anlægsomkostninger.

Fusion til missioner i rummet

Proton-bor fusion er et oplagt valg til energiløsninger i rummet, bl.a. til fremdrift. Direkte acceleration af partikler giver en ekstremt høj effektivitet og kortere rejsetider i rummet. Da processen er aneutronisk, opnår man en enorm besparelse på vægt på strålingsafskærmning.

Bor er det 5. grundstof i det periodiske system. På billedet kan man se krystallinsk bor. Bor er almindeligt forekommende i jordskorpen, og udnyttes industrielt. Til fusion bruger man isotopen ¹¹B. Den har 5 protoner og 6 neutroner i kernen. ¹¹B udgør ca. 80 % af de naturligt forekommende borreserver. Tegningen viser en fusionsreaktion mellem hydrogen og bor, hvor der frigives 3 heliumnukleoner og 8,7 MeV energi.

Realisering af fusionsenergi

mrFusion udvikler unikke løsninger på plasmaindeslutning, samt til reduktion af strålingstab og turbulens for at levere aneutronisk energi.