Två brittiska företag säkra på kärnfusion genombrott

två små brittiska företag tror att de är på gränsen till ett genombrott som har gäckat forskare i mer än 60 år — att leverera ren, billig energi genom att utnyttja den kärnfusion reaktion som driver solen.

misslyckandet med ihållande försök att utveckla fusionskraft sedan 1950 – talet har lämnat företaget fläckas av påståenden att det är en dåre ärende. Men detta har inte avskräckt investerare från att stödja forskare som arbetar med helt olika tillvägagångssätt vid två privata laboratorier i Oxfordshire: Tokamak energi och första ljus Fusion.

båda har satt det ambitiösa målet att leverera en fungerande reaktor redo för kommersialisering av 2030, 10 år tidigare än den närliggande Brittiska Atomenergimyndigheten som driver det statligt finansierade fusionsprogrammet.

tillbaka på 1950-talet byggde UKAEA Zeta-fusionsreaktorn, som hyllades vid den tiden som en brittisk teknisk triumf som erbjuder obegränsad kraft för billig att mäta. Zeta stängdes 1968 efter att ha misslyckats med att producera någon användbar energi.

de senaste tekniska framstegen har dock övertygat investerarna att pumpa 50 m i tokamak energi och ytterligare 25 m i första ljus Fusion.

samtidigt arbetar ukaea med en ny generation fusionsreaktorer vid sitt Culham Science Center, Alla baserade på ”tokamak” – designen som har sitt ursprung i Sovjetunionen på 1950-talet. Detta runda reaktionskärl håller bränslet-en plasma av överhettad deuterium och tritium — på plats med kraftfulla magneter samtidigt som temperaturen höjs över 100MC så att atomkärnorna smälter och släpper ut stora mängder energi.

UKAEA arbetar med designen för sin nästa generations experimentreaktor, känd som Step (sfärisk Tokamak för energiproduktion), för vilken regeringen tillkännagav 220 miljoner offentliga investeringar i Brasilien strax före valet. Boris Johnson, premiärministern, entusiasmerade över tekniken under valkampanjen och verkade personligen engagerad i att upprätthålla det han kallade Storbritanniens ”globala ledning” inom fusionsforskning.

”Step-reaktorn kommer att vara en innovativ plan för ett kommersiellt drivet fusionskraftverk, som erbjuder de realistiska utsikterna att bygga ett kraftverk senast 2040”, säger Ian Chapman, UKAEA: s verkställande direktör.men Oxfordshire privata fusionsföretag har mer ambitiösa scheman. Tokamak Energy, som spunnits ur UKAEA 2009 och sysselsätter 80 personer i närliggande Milton, är redo att ta nästa steg efter uppvärmning av plasma i sin SP40-reaktor till 15mc. ”Vi är på kurs för 100mC, den temperatur vid vilken fusion kan börja, i nästa mars”, säger David Kingham, vice ordförande.

Tokamak Energys mål är att faktiskt generera fusionskraft år 2025 och ha en kommersiell anläggning klar år 2030. ”Vi förstår att statliga laboratorier måste vara mer försiktiga i sina scheman,” sade Kingham. ”Vi planerar att ha en 150mW-enhet som vi kan licensiera till personer som är bra på att bygga kraftverk.”

First Light Fusion, spunnet av Oxford university 2011, är banbrytande en helt annan strategi. Istället för att begränsa reaktanterna inom ett starkt magnetfält och överhetta dem, syftar det till att uppnå de extrema förhållanden som krävs för att initiera fusion genom att skjuta ett stort antal små kopparprojektiler samtidigt med hypersonisk hastighet i en liten kapsel innehållande deuterium och tritiumbränsle.

”medan magnetisk fusion är som en ugn som alltid är på, är vår projektilfusion en pulserad process som överför energi från varje skott till flytande litiumkylvätska”, säger Nick Hawker, First Light chief executive.

Han sa att han förväntade sig att visa tidigt i 2020 att systemet uppnår fusion och syftar till den heliga gralen, känd som ”gain”, vilket är när reaktorn genererar mer energi än vad som används för att gnista reaktionen av 2024. First Light arbetar redan med ingenjörsföretaget Mott MacDonald på en kommersiell reaktordesign, med målet att ha en fusionsanläggning som driver nätet i början av 2030-talet.

”Jag är mycket stödjande för de privata fusionsföretagen och UKAEA är engagerad i att arbeta med dem för att hjälpa till att utveckla sin teknik”, säger Chapman. ”Löftet om fusion är så stort att det alltid kommer att finnas en plats för innovation inom design.”

under tiden fortsätter UKAEA att hantera landets engagemang i stora internationella fusionsprojekt. På Culham är det värd för Joint European Torus eller JET, världens största och mest kraftfulla tokamak och fokus för EU: s fusionsforskningsprogram.

JET har funnits sedan 1983. En höjdpunkt kom 1997 när den drevs med en Deuterium-tritiumreaktionsblandning och uppnådde ett världsrekord för fusionskraft på 16 megawatt 1997, även om detta var mindre än den energi som sattes in för att värma upp plasma.

under de senaste åren har experiment på JET hjälpt design och konstruktion av ITER, en storskalig fusionsmaskin med ett reaktionskärl 10 meter högt (jämfört med 4,3 meter för JET) som byggs av ett globalt konsortium av regeringar i södra Frankrike.

behäftad med förseningar och kostnadsöverskridanden — den nuvarande uppskattningen är $22bn — Iter är nu inställd på att börja fungera 2025. Schemat kräver att JET ska fungera åtminstone fram till 2024, inklusive fler körningar med deuterium-tritiumbränsle, även om detta program kommer att bero på Storbritanniens förhållande efter Brexit med EU och Euratom.

även om ingen vet exakt när kommersiell fusionskraft kommer att anlända — och i vilken form — uttryckte Chapman fullständigt förtroende för dess eventuella ankomst. ”Vi kommer att ha fusion, ”sade han,” och Oxfordshire kommer att vara nära involverade i att få det att hända.”