De senaste rapporterna från forskare som bedriver en ny typ av kärnfusionsteknik är uppmuntrande, men vi är fortfarande en bit bort från den "rena energins heliga gral".

Tekniken som utvecklats av Heinrich Hora och hans kollegor vid University of NSW använder kraftfulla lasrar för att smälta samman väte och boratomer, släpper ut högenergipartiklar som kan användas för att generera el. Som med andra typer av kärnteknisk fusionsteknik, dock, svårigheten är att bygga en maskin som på ett tillförlitligt sätt kan initiera reaktionen och utnyttja den energi den producerar.

Vad är fusion?

Fusion är processen som driver solen och stjärnorna. Det uppstår när kärnorna i två atomer tvingas så nära varandra att de kombineras till en, frigör energi i processen. Om reaktionen kan tämjas i laboratoriet, den har potential att leverera nära gränslös baslast med praktiskt taget noll koldioxidutsläpp.

Den enklaste reaktionen att inleda i laboratoriet är sammansmältningen av två olika isotoper av väte:deuterium och tritium. Produkten av reaktionen är en heliumjon och en neutron som rör sig snabbt. Mest fusionsforskning hittills har drivit denna reaktion.

Deuterium-tritiumfusion fungerar bäst vid en temperatur på cirka 100, 000, 000 ℃. Att begränsa en plasma - namnet på materialets flamliknande tillstånd vid sådana temperaturer - att varmt är ingen elak prestation.

Det ledande tillvägagångssättet för att utnyttja fusionskraft kallas toroidal magnetisk inneslutning. Superledande spolar används för att skapa ett fält som är ungefär en miljon gånger starkare än jordens magnetfält för att innehålla plasma.

Forskare har redan uppnått deuterium-tritiumfusion vid experiment i USA (Tokamak Fusion Test Reactor) och Storbritannien (Joint European Torus). Verkligen, en deuterium-tritium-fusionskampanj kommer att ske i det brittiska experimentet i år.

Dessa experiment initierar en fusionsreaktion med massiv extern uppvärmning, och det krävs mer energi för att upprätthålla reaktionen än reaktionen producerar själv.

Nästa fas av mainstream -fusionsforskning kommer att innebära att ett experiment som heter ITER ("vägen" på latin) byggs i södra Frankrike. På ITER, de begränsade heliumjoner som skapas genom reaktionen kommer att producera lika mycket uppvärmning som de yttre värmekällorna. Eftersom den snabba neutronen bär fyra gånger så mycket energi som heliumjonen, effektförstärkningen är en faktor fem.

ITER är ett bevis på konceptet innan byggandet av ett demonstrationskraftverk.

Vad är annorlunda med att använda väte och bor?

Tekniken som rapporterats av Hora och kollegor föreslår att man använder en laser för att skapa ett mycket starkt begränsande magnetfält, och en andra laser för att värma en väteborbränslepellett för att nå fusionsantändningspunkten.

När en vätekärna (en enda proton) smälter ihop med en bor-11-kärna, den producerar tre energiska heliumkärnor. Jämfört med deuterium-tritium-reaktionen, detta har fördelen att det inte produceras några neutroner, som är svåra att innehålla.

Dock, väteborreaktionen är mycket svårare att utlösa i första hand. Horas lösning är att använda en laser för att värma en liten bränslepellet till antändningstemperatur, och en annan laser för att värma upp metallspolar för att skapa ett magnetfält som innehåller plasma.

Tekniken använder mycket korta laserpulser, varar bara nanosekunder. Det magnetfält som krävs skulle vara extremt starkt, cirka 1, 000 gånger så stark som den som används i deuterium-tritium-experiment. Forskare i Japan har redan använt denna teknik för att skapa ett svagare magnetfält.

Hora och kollegor hävdar att deras process kommer att skapa en "lavineffekt" i bränslepelleten som innebär att mycket mer fusion kommer att inträffa än vad som annars skulle förväntas. Även om det finns experimentella bevis som stöder en viss ökning av fusionsreaktionshastigheten genom att skräddarsy laserstråle och mål, för att jämföra med deuterium-tritiumreaktioner skulle lavineffekten behöva öka fusionsreaktionshastigheten med mer än 100, 000 gånger vid 100, 000, 000 ℃. Det finns inga experimentella bevis för en ökning av denna storlek.

Vart härifrån?

Experimenten med väte och bor har säkert gett fascinerande fysiska resultat, men prognoser av Hora och kollegor om en femårig väg för att förverkliga fusionskraft verkar för tidiga. Andra har försökt laserutlöst fusion. National Ignition Facility i USA, till exempel, har försökt uppnå väte-deuteriumfusion tändning med hjälp av 192 laserstrålar fokuserade på ett litet mål.

Dessa experiment nådde en tredjedel av de förutsättningar som behövs för tändning för ett enda experiment. Utmaningarna inkluderar exakt placering av målet, ojämnhet hos laserstrålen, och instabilitet som uppstår när målet imploderar.

Dessa experiment utfördes högst två gånger per dag. Däremot, uppskattningar tyder på att ett kraftverk skulle kräva motsvarande 10 experiment per sekund.

Utvecklingen av fusionsenergi kommer sannolikt att realiseras genom det vanliga internationella programmet, med ITER -experimentet i centrum. Australien har ett internationellt engagemang med ITER -projektet inom teori och modellering, materialvetenskap och teknikutveckling.

Mycket av detta är baserat på ANU i samarbete med Australian Nuclear Science and Technology Organization, som är undertecknare av ett samarbetsavtal med ITER. Som sagt, det finns alltid utrymme för smart innovation och nya koncept, och det är underbart att se alla slags investeringar i fusionsvetenskap.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.