Wetenschappers werken eraan om de ontwikkeling van fusie-energie drastisch te versnellen in een poging om het elektriciteitsnet snel genoeg van stroom te voorzien om de gevolgen van klimaatverandering te helpen verzachten. De komst van een baanbrekende technologie:supergeleiders voor hoge temperaturen, die kunnen worden gebruikt om magneten te bouwen die sterkere magnetische velden produceren dan voorheen mogelijk was, zou hen kunnen helpen dit doel te bereiken. Onderzoekers zijn van plan deze technologie te gebruiken om magneten te bouwen op de schaal die nodig is voor fusie, gevolgd door de constructie van wat 's werelds eerste fusie-experiment zou zijn dat een netto energiewinst zou opleveren.

De inspanning is een samenwerking tussen het Plasma Science &Fusion Center van het Massachusetts Institute of Technology en Commonwealth Fusion Systems, en ze zullen hun werk presenteren op de bijeenkomst van de American Physical Society Division of Plasma Physics in Portland, Erts.

Fusiekracht ontstaat wanneer kernen van kleine atomen samensmelten tot grotere in een proces waarbij enorme hoeveelheden energie vrijkomen. Deze kernen, typisch zwaardere neven van waterstof genaamd deuterium en tritium, zijn positief geladen en voelen dus een sterke afstoting die alleen kan worden overwonnen bij temperaturen van honderden miljoenen graden. Terwijl deze temperaturen en dus fusiereacties, kan worden geproduceerd in moderne fusie-experimenten, de voorwaarden voor een netto energiewinst zijn nog niet bereikt.

Een mogelijke oplossing hiervoor zou het vergroten van de sterkte van de magneten kunnen zijn. Magnetische velden in fusie-apparaten dienen om deze hete geïoniseerde gassen vast te houden, plasma's genoemd, geïsoleerd en geïsoleerd van gewone materie. De kwaliteit van deze isolatie wordt effectiever naarmate het veld sterker wordt, wat betekent dat men minder ruimte nodig heeft om het plasma warm te houden. Door het magnetische veld in een fusie-apparaat te verdubbelen, kan men het volume ervan - een goede indicatie van hoeveel het apparaat kost - met een factor acht verminderen, terwijl je dezelfde prestaties levert. Dus, sterkere magnetische velden maken fusie kleiner, sneller en goedkoper.

Een doorbraak in supergeleidertechnologie zou de totstandkoming van fusiecentrales mogelijk kunnen maken. Supergeleiders zijn materialen die stroom doorlaten zonder energie te verliezen, maar daarvoor moeten ze wel erg koud zijn. Nieuwe supergeleidende verbindingen, echter, kunnen bij veel hogere temperaturen werken dan conventionele supergeleiders. Cruciaal voor fusie, deze supergeleiders functioneren zelfs wanneer ze in zeer sterke magnetische velden worden geplaatst.

Hoewel oorspronkelijk in een vorm die niet bruikbaar was voor het bouwen van magneten, onderzoekers hebben nu manieren gevonden om supergeleiders voor hoge temperaturen te vervaardigen in de vorm van "tapes" of "linten" die magneten maken met ongekende prestaties. Het ontwerp van deze magneten is niet geschikt voor fusiemachines omdat ze veel te klein zijn. Vóór het nieuwe fusieapparaat, genaamd SPARC, gebouwd kan worden, de nieuwe supergeleiders moeten worden opgenomen in het soort grote, sterke magneten die nodig zijn voor fusie.

Zodra de magneetontwikkeling succesvol is, de volgende stap zal zijn om het SPARC-fusie-experiment te bouwen en te exploiteren. SPARC wordt een tokamak-fusie-apparaat, een type magnetische opsluitingsconfiguratie vergelijkbaar met veel machines die al in bedrijf zijn (Figuur 1).

Als een prestatie analoog aan de eerste vlucht van de gebroeders Wright op Kitty Hawk, een netto energiewinst aantonen, al meer dan 60 jaar het doel van fusieonderzoek, zou voldoende kunnen zijn om fusie stevig in de nationale energieplannen te verankeren en commerciële ontwikkeling op gang te brengen. Het doel is om SPARC in 2025 operationeel te hebben.