Vísindamenn við hinn virta háskóla MIT vinna að hönnun sterkbyggðs samrunaofns sem gæti tekið fram úr öllum keppinautum sínum. Fyrsta skóflustungan að kjarnaofninum, með hið leiftrandi nafn Sparc, verður tekin næsta vor. Menn vænta þess að Sparc verði tilbúinn til að framleiða hreina, örugga og ótæmandi kjarnorku þegar í upphafi næsta áratugar – með mun minni tilkostnaði en samsvarandi verkefni.
Þetta hljómar kannski of gott til að vera satt. En í sérútgáfu af vísindatímaritinu Journal of Plasma Physics hafa óháðir vísindamenn frá háskólum um heim allan rannsakað verkefnið.
Þeir eru sammála um að hönnun Sparcs lofi góðu og jafnvel þó að samrunaorka hafi verið „rétt handan við hornið” í fjölmörg ár, er nú útlit fyrir að á því verði breyting.
Vísindamenn vilja draga sólina niður til jarðar
Samruni er hinn heilagi gral orkunnar. Meðan kjarnorkuver nú á dögum virka með kjarnaklofnum líkir samrunakjarnaofn eftir því ferli í sólinni þegar vetnisatóm renna saman og losa gríðarlegt magn orku. Ferlið er bæði ódýrara og hreinna þar sem vetnið kemur úr sjónum og kjarnaofninn losar ekki neitt CO2.
Ef það tekst að koma honum í gang. Hvað samruna varðar er það dálítið eins og að kveikja bál með blautum eldsmat: Þar sem atómin hafa jákvætt hlaðna kjarna hafa þeir enga löngun til að vera of nærri hver öðrum. Það þarf því annað hvort ógurlegan þrýsting eða glóandi hita sem nemur mörgum milljónum gráða, ef takast á að þvinga kjarnana saman.
Það virðist vera erfiðleikum bundið að endurskapa slíkt ferli hér á jörðu. Og sú er sannarlega raunin. Fram til þessa hefur enginn verið fær um að byggja kjarnaofn sem í verki framleiðir meiri orku en hann notar.
Markmiðið er sjálfkeyrandi samrunaferli
Við tilraunir með samruna nú á dögum þarf sífellt að bæta við orku til að halda samrunanum gangandi – en markmiðið með Sparc er að gera ferlið sjálfkeyrandi þegar það tekst að koma því í gang.
1 Vetni og vetni mynda helíum
Vetniskjarnar eru hitaðir upp með orku sem kemur utan frá. Það fær þungt vetni og ofurþungt vetni til að renna saman og mynda heita helíumkjarna.
2 Heitt helíum myndar keðjuverkun
Helíumkjarnarnir verða svo heitir að vetniskjarnarnir renna saman í nýja helíumkjarna sem hefja nýjan samruna – svonefnd kveiking.
Samkvæmt vísindamönnum sem hafa rannsakað Sparc verður nýi kjarnaofninn fær um að framleiða tíu sinnum meiri orku heldur en hann notar.
Nýir seglar veita Sparc gott forskot
Fram til þessa hafa menn horft til byggingar á hinum risavaxna ITER-kjarnaofni í Suður-Frakklandi en smíði hans hófst árið 2013 og menn vænta þess að hann geti framleitt samrunaorku árið 2035.
Aðstandendur Sparc telja að þeir verði tilbúnir fimm árum fyrr. Og það stafar fyrst og fremst af sérstakri hönnun kjarnaofnsins.
Rétt eins og ITER nýtir Sparc sér svonefndan tokamak-kjarnaofn. Hann samanstendur af kleinuhringslaga hólfi sem inniheldur vetnisrafgas þar sem samruni á sér stað. Rafgasið er svo heitt að því þarf að halda í skefjum með seglum til að veggir kjarnaofnsins bráðni ekki. Þetta gerir ITER með hjálp stórra rafsegulspóla sem þarf að kæla niður með fljótandi helíumi.
Sparc nýtir nýrri rafsegultækni með svonefndum háhita-ofurleiðurum sem eru færir um að skapa mun öflugra segulsvið og fyrir vikið tekur rafgasið minna rými.
Því verður Sparc-kjarnaofninn á stærð við tennisvöll meðan ITER er álíka stór og fótboltavöllur og þannig verður hægt að byggja Sparc með minni tilkostnaði og tíma.
