Koto_feja/Getty Images
Majoriteten av den energi vi använder i vårt dagliga liv kommer från solen. Växter omvandlar solenergi till kolhydrater, djur äter växterna och sedan äter människor båda. En del av dessa växter och djur bryts ner till fossila bränslen, som vi sedan använder för att värma upp våra hem, ladda våra telefoner och driva våra bilar. Men tänk om vi kunde ta bort mellanhanden? Under de senaste åren har forskare i Kina tagit stora framsteg mot det målet med skapandet av en "konstgjord sol."
Kina har inte bokstavligen byggt en sol, men forskare utnyttjar kärnprocessen som driver stjärnan:fusion. Till skillnad från klyvningen i konventionella reaktorer slår fusion samman två lätta kärnor till en, vilket frigör en enorm mängd energi samtidigt som den endast producerar helium som en biprodukt. Detta gör fusion till en mycket renare energikälla än förbränning av fossila bränslen, som frigör växthusgaser, eller fission, som genererar långlivat radioaktivt avfall.
Att kontrollera fusion är extremt svårt. Det kräver temperaturer på miljontals grader och tryck som skulle krossa vilket material som helst. I solens kärna smälter väte samman vid cirka 50–60 miljoner grader Fahrenheit och ett tryck på 3,6 miljarder psi – över 200 miljarder gånger trycket på jordens yta. Att replikera dessa förhållanden i ett laboratorium är en monumental utmaning, och att upprätthålla dem är ännu svårare. Det är därför den senaste framgången för Kinas Institute of Plasma Physics – att producera och upprätthålla plasma i över 1 000 sekunder den 20 januari 2025 – är en sådan milstolpe.
Kinas genombrott kom på Experimental Advanced Superconducting Tokamak, eller EAST. Medan det finns många tokamaks över hela världen, är EAST den enda som har bibehållit plasma stabilt under en så lång period. De underliggande principerna för en tokamak är dock relativt enkla.
Först inneslutning. Eftersom plasma är för varmt för att något material ska överleva kontakt, använder en tokamak ett munkformat magnetfält för att suspendera plasman – inga fysiska väggar behövs. Genom att snurra plasmat riktas dess elektroner i en enda riktning, vilket ger plasmat en elektromagnetisk laddning som kan hållas uppe som en flytande magnet.
För det andra, tryck. Solens kärntryck är enormt, men i en tokamak förlitar vi oss på den ideala gaslagen för att koppla temperatur och tryck. EAST uppnår temperaturer över 180 miljoner grader Fahrenheit, vilket gör att trycket förblir förhållandevis lågt samtidigt som det möjliggör fusionsreaktioner.
Även om plasman aldrig vidrör reaktorns väggar, avger den fortfarande intensiv värme. Den verkliga tekniska utmaningen är att förhindra att värmen smälter de omgivande komponenterna. För att göra detta använder tokamak-designers högtemperatursupraledare, som leder elektricitet nästan utan motstånd även vid extrema temperaturer.
Medan de flesta reaktorer använder lågtemperatursupraledare som kräver massiv kylning, använder EAST bariumkopparoxid av sällsynt jordartsmetall (REBCO). REBCO eliminerar behovet av stora kryogena system och förbättrar energieffektiviteten – avgörande för en fusionsreaktor som måste producera mer energi än den förbrukar.
Att minska energiförlusten är avgörande för att föra fusion till sfären av praktisk, ren energi. Varje stegvis förbättring, som Kinas EAST tokamak, för oss närmare det målet.
