En laserdriven teknik för att skapa fusion som eliminerar behovet av radioaktiva bränsleelement och lämnar inget giftigt radioaktivt avfall är nu inom räckhåll, säger forskare.

Dramatiska framsteg inom kraftfulla, Högintensiva lasrar gör det lönsamt för forskare att driva det som en gång ansågs omöjligt:​​att skapa fusionsenergi baserad på väte-borreaktioner. Och en australisk fysiker är i spetsen, beväpnad med en patenterad design och arbetar med internationella samarbetspartners på de återstående vetenskapliga utmaningarna.

I en artikel i den vetenskapliga tidskriften Laser och partikelstrålar i dag, huvudförfattaren Heinrich Hora från University of New South Wales i Sydney och internationella kollegor hävdar att vägen till väte-borfusion nu är gångbar, och kan vara närmare förverkligande än andra tillvägagångssätt, t.ex. deuterium-tritiumfusionsmetoden som eftersträvas av U.S. National Ignition Facility (NIF) och den internationella termonukleära experimentreaktorn under uppbyggnad i Frankrike.

"Jag tror att detta sätter vårt tillvägagångssätt före alla andra fusionsenergiteknologier, sa Hora, som förutspådde på 1970-talet att sammansmältning av väte och bor kan vara möjligt utan behov av termisk jämvikt. Istället för att värma upp bränsle till solens temperatur med hjälp av massiva, höghållfasta magneter för att kontrollera superheta plasma inuti en munkformad toroidkammare (som i ITER), väte-borfusion uppnås med två kraftfulla lasrar i snabba skurar, som applicerar exakta icke-linjära krafter för att pressa samman kärnorna.

Väte-borfusion producerar inga neutroner och, därför, ingen radioaktivitet i sin primära reaktion. Och till skillnad från de flesta andra kraftproduktionskällor - som kol, gas och kärnkraft, som är beroende av att värma upp vätskor som vatten för att driva turbiner - energin som genereras av väte-borfusion omvandlas direkt till elektricitet. Men nackdelen har alltid varit att detta kräver mycket högre temperaturer och tätheter - nästan 3 miljarder grader Celsius, eller 200 gånger varmare än solens kärna.

Dock, dramatiska framsteg inom laserteknik är nära att göra tvålasermetoden genomförbar, och en rad nya experiment runt om i världen indikerar att en "lavin"-fusionsreaktion kan utlösas i en biljondels sekund från en petawatt-skala laserpuls, vars flyktiga utbrott packar en kvadriljon watt kraft. Om forskare kunde utnyttja denna lavin, Hora sa, ett genombrott i proton-borfusion var nära förestående.

"Det är mycket spännande att se dessa reaktioner bekräftade i de senaste experimenten och simuleringar, sa Hora, en emeritusprofessor i teoretisk fysik vid UNSW. "Inte bara för att det bevisar en del av mitt tidigare teoretiska arbete, men de har också mätt den laserinitierade kedjereaktionen för att skapa en miljard gånger högre energiproduktion än vad som förutspåtts under termiska jämviktsförhållanden."

Tillsammans med 10 kollegor i sex länder - inklusive från Israels Soreq Nuclear Research Center och University of California, Berkeley - Hora beskriver en färdplan för utveckling av väte-borfusion baserat på hans design, att sammanföra de senaste genombrotten och detaljera vilken ytterligare forskning som behövs för att göra reaktorn till verklighet.

Ett australiensiskt spin-off företag, HB11 energi, innehar patenten för Horas process. "Om de närmaste årens forskning inte avslöjar några större tekniska hinder, vi skulle kunna ha en prototypreaktor inom ett decennium, sa Warren McKenzie, verkställande direktör för HB11.

"Ur ett ingenjörsperspektiv, vårt tillvägagångssätt kommer att vara ett mycket enklare projekt eftersom bränslena och avfallet är säkra, reaktorn behöver ingen värmeväxlare och ångturbingenerator, och lasrarna vi behöver kan köpas från hyllan, " han lade till.