Inom kapplöpningen om “obegränsad” fusionsenergi när USA, Storbritannien och Kina försöker lösa världens gaskris

Den “heliga gralen” av praktiskt taget obegränsad ren energi från kärnfusionsreaktorer är inom räckhåll efter ett stort genombrott, tror forskare.

En “konstgjord sol” som brände vid 150 miljoner grader slog världsrekordet och hjälpte det brittiska forskarteamet att återta ledningen i ett globalt lopp som även involverar Kina, USA och tycoons som Jeff Bezos.

Mer än 4 800 forskare från Storbritannien och över hela Europa är upptagna med att arbeta på Joint European Torus, eller JET, en experimentell reaktor i Abingdon nära Oxford.

Idag tillkännagav de att den intensiva ring av eld den innehåller – överhettad till tio gånger varmare än solens kärna – producerade ett världsrekord på 59 megajoule energi.

I genomsnitt över den fem sekunder långa skuren fungerar detta på 11 megawatt, tillräckligt för att driva 10 000 hem.

Den enorma energiproduktionen, dubbelt så stor som tidigare rekord, genererades från bara två tusendelar av ett gram “tungt väte”-bränsle.

Det fungerar genom att koka vätet till plasma, ett tillstånd som är så varmt att även atomer inte kan existera och krossa protoner tillsammans för att bilda helium.

Det är samma process som sker i mitten av varje stjärna inklusive vår sol – och även i H-bomber.

Fusion frigör fyra gånger mer energi i vikt av bränsle än kärnklyvning – splittring av tunga atomer som uran – och fyra miljoner gånger mer energi än förbränning av fossila bränslen.

Vad mer är, väte är det vanligaste ämnet i universum, vilket betyder att vi aldrig kommer att få slut på bränsle, och teoretiskt sett finns det inget radioaktivt avfall.

Utmaningen som har besegrat forskare under de senaste 70 åren är att inget kärl kan hålla ett ämne vid tillräckligt höga temperaturer för att fusion ska kunna ske.

För att lösa detta använder JET en gigantisk munkformad spole som kallas en tokamak som skapar ett kraftfullt magnetfält för att hindra plasman från att röra vid sidorna.

Det fem sekunder långa JET-experimentet förbrukade fortfarande mer energi för att skapa fusionsförhållandena än den energi det frigjorde.

Men förmågan att upprätthålla en fusionsreaktion så länge är ett stort framsteg eftersom det bevisar att det går att kontrollera.

Landmärke inom vetenskapen

JET-kärnfusionsreaktorn nära Oxford producerade tillräckligt med energi för att driva 10 000 hem.Abaca via ZUMA

Forskare hoppas att de kan skala upp det för kommersiellt bruk, vilket potentiellt kan stoppa vårt beroende av fossila bränslen och hjälpa till att vända den globala uppvärmningen.

“Dessa landmärkeresultat har tagit oss ett stort steg närmare att övervinna en av de största vetenskapliga och tekniska utmaningarna av dem alla”, säger professor Ian Chapman, vd för UK Atomic Energy Agency.

Dr Mark Wenman, från Imperial College London, sa: “Detta betyder att fusionsenergi verkligen inte längre bara är en dröm om en lång framtid – tekniken för att göra den till en användbar, ren kraftkälla är möjlig och sker nu.”

Experter har stora förhoppningar på ett annat projekt, International Thermonuclear Experimental Reactor (Iter), en större och mer avancerad version av JET baserad i södra Frankrike.

Den ska slås på om ett par år och kan generera tio gånger mer energi än den använder.

Kina och Indien är bland 35 länder som samarbetar i projektet, inklusive Storbritannien, EU, Ryssland, Japan och USA.

Forskarna är dock i ett lopp – eftersom andra team gör egna framsteg.

Iter har kritiserats för att vara ett grandiost slöseri med pengar som fördärvas av byråkratin.

Istället har nationella regeringar och till och med privata företag fokuserat på sina egna system.

I december avslöjade forskare i Kina att de hade gjort en rad “otroliga” genombrott med sin egen tokamak-fusionsreaktor, kallad EAST.

De kunde upprätthålla en överhettad plasmaslinga vid 70 miljoner grader i mer än 17 minuter, den längsta perioden någonsin.

De genererade ingen kraft, men det var ett enormt steg framåt i den teknik som behövs för att hålla en reaktion igång.

Och de arbetar för att uppnå allt högre temperaturer och varaktighet.

Hastigheten och framgången för det kinesiska projektet har redan sett farhågor väckt farhågor om dess potentiella dominans inom kärnfusionsområdet.

Analytiker Thomas Corbett och Peter Singer säger att Kina har enorma ambitioner på området och de senaste rekordstora framstegen är enormt betydande.

“Konsekvenserna av denna forskning och detta senaste genombrott av deras inhemska designade och byggda enhet är enorma,” skriver de i Defense One.

Kina har enorma incitament att fortsätta öka sina investeringar.

Landets dagliga oljekonsumtion är cirka 14,3 miljoner fat om dagen, vilket gör tillgångsbekymmer till en stor huvudvärk för kommunistiska härskare.

Och Kinas elnät knarrar under påfrestningarna av dess strävan efter en rasande ekonomisk tillväxt.

“Oberoendet är alltså en högsta prioritet för beslutsfattare i Peking”, säger analytikerna.

Och att spricka kärnfusion kan till och med spilla över till den militära domänen i dess kapplöpning med USA och andra västmakter.

Analytikerna skriver: “Utvecklingen av livskraftiga fusionsreaktorer kommer att ha många ytterligare fördelar som ännu är oförutsedda i den militära och civila ekonomin, ungefär på samma sätt som kärnklyvningskraften gjorde.”

EAST är en tokamak spolreaktor som JET och Iter, baserad på en 1950-talsdesign från Ryssland.

Kina satsar också mycket på forskning om ett annat tillvägagångssätt, som kallas tröghetsinneslutningsfusion.

Detta är tänkt att initiera fusionsreaktioner genom att komprimera joner med högeffektlasrar, vilket replikerar det massiva trycket i solens kärna.

Just nu under uppbyggnad i Shanghai är Station of Extreme Light, en anläggning för experiment med en 100-petawatts laser.

Istället har enskilda länder och nu även privata företag tagit det i egna händer för att vinna loppet.

Men Kina kanske inte har saker och ting på sitt eget sätt. På andra håll arbetar även andra projekt rasande för att knäcka kärnfusion.

Tester vid National Ignition Facility i USA har också använt kraftfulla lasrar för att värma och komprimera vätebränsle, med målet att initiera fusion.

I augusti antyder ett experiment som genomfördes där att det kan vara nära att uppnå det målet, rapporterade BBC.

“Detta är ett stort framsteg för fusion och för hela fusionsgemenskapen”, säger Debbie Callahan, fysiker vid Lawrence Livermore National Laboratory, som är värd för NIF.

Kapprustning

Forskare återskapade gnistan vid solens kärna genom att värma upp väte till 150 miljoner grader inuti en magnetisk spole.
EUROfusion/ZUMA

Ett annat stort genombrott i kapprustningen inträffade också i USA, rapporterar Financial Times.

En Boston-baserad start-up demonstrerade användningen av en högtemperatursupraledare för att generera ett mycket starkare magnetfält än en traditionell tokamak.

Commonwealth Fusion Systems tror att upptäckten kommer att göra det möjligt för det att göra en mer effektiv fusionsmaskin som kommer att vara mer livskraftig på lång sikt.

Sydkorea genomför också imponerande forskning i ett försök att vinna loppet.

År 2020 satte Korea Superconducting Tokamak Advanced Research ett “konstgjord sol”-ordrekord på 20 sekunders drift vid 100 miljoner grader.

Samtidigt har fem platser i Storbritannien öronmärkts för den första prototypen av fusionsenergianläggning.

Planer för den sfäriska Tokamak för energiproduktion (steg) och ett slutgiltigt beslut om dess placering väntas i slutet av 2022.

Regeringen har spenderat 302 miljoner dollar på Step-programmet hittills och investerat ytterligare 250 miljoner dollar i nya fusionsanläggningar vid Culham Science Center nära Oxford och i Rotherham.

Superrika investerare som Jeff Bezos och riskkapitalister har också stöttat en explosion av små fusionsprojekt, med hjälp av laser eller miniatyriserade versioner av JET.

Men alla forskare är inte övertygade om att kärnfusion kan vara så säker och ren som påstås.

Fysikern Daniel Jassaby, som arbetade på Princeton Plasma Lab, sa att en fusionsreaktor skulle vara “långt ifrån perfekt och på något sätt nära motsatsen”.

Han skrev i Bulletin of the Atomic Scientists att kärnfusionsprocessen har potential att producera strålningsskador och radioaktivt avfall – i motsats till påståendena om att den är ren och säker.

Han säger också att den “parasitiska dräneringen” av kraft som behövs för att driva fusionsreaktorer innebär att de kan “konsumera en stor del av själva kraften som de producerar”.

Fusionsreaktorer kommer att behöva förses med bränsle tillverkat av fissionsreaktorer, vilket han sa innebär ett “ständigt beroende” av dem.

Och det finns potential för kärnvapenspridning genom den “hemliga” produktionen av plutonium-239.

Men om man lägger dessa farhågor åt sidan, kan effekten av att bemästra kärnfusion på vårt liv vara häpnadsväckande.

Ett glas bränsle har en energipotential på 1 miljon liter olja och kan generera tillräckligt för att driva ett hem i mer än 800 år.

Corbett och Singer är tydliga med vad som står på spel i det här loppet.

“Länderna som kan utveckla och använda den här tekniken har potential att se massiva oväntade vindfall när det gäller pålitlig och förnybar energi, och den minskade sårbarheten som följer med det.”

Denna artikel dök ursprungligen upp på The Sun och återgavs här med tillstånd.