Fusion av väte och bor med hjälp av laser

Jag håller söndagar semantikfria så långt det går😀

Det finns några projekt, som sysslar med den här typen av fusion. Enligt dem Tri alpha och LPP fusion bland annat, så är nettovinsten 8,7 MeV för varje Borjon som fusioneras med en proton. Det är också sant att det först bildas C12, men halveringstiden är bara 20 minuter. Jag förstår inte vad som händer här exakt. Poppar det iväg 3 alfapartiklar när C12 sönderdelar och de har då energin 8,7 MeV tillsammans? Det skulle betyda att det finns ett upplag med C12 joner som väntar på att splittras. Ett relativt stort upplag jämfört med bränslet som förs in varje sekund.

Hur som helst, så är teorin om fusion av Bor väl vedertagen. Hur det sen fungerar i praktiken vet kanske ingen, så mycket om än.

Jag tillät mig att avrunda lite i värdesiffrorna så mina 12 MeV på en höft kan säkert vara 8.7 MeV också. C-12 har en massa resonanser med korta livstider jämfört med grundtillståndets O(5000 år), men den lägsta ligger som sagt på drygt 7 MeV. Eftersom det är ett flerkropparsproblem kan energin och momentet fördela sig relativt fritt mellan de tre alfapartiklarna så länge summan inte överstiger 8.7 MeV.

Jag såg att LPP tänkte utnyttja alfapartiklarnas kinetiska energi om än indirekt genom att kanalisera dem genom en spole där de skulle inducera en ström. Lustigt nog säger de inget om effektiviteten bland all hopplös grafik...

Att utnyttja alfapartiklarnas energi är ett vanligt koncept bland bor-väte projekten. Det, exempelvis som du beskriver ovan och den låga strålningen är det som gör bor-väte fusion attraktivt. Det är förstås bra att slippa gå omvägen via ångturbin, för att utvinna el.

Men nu blir jag mer tveksam. Förutom att det krävs en hel del mer för att få fusion med bor och väte, jämfört med deuterium och tritium, så verkar det, av det du skriver, inte finnas mycket energi kvar till att generera någon nyttig energi. Jag menar om det först bildas kol och det i sin tur kräver energi för att splittras upp i alfapartiklar. Dessutom om det tar flera minuter för kolet att splittas, så verkar det som det blir en ansamling av kol, i plasmaform antar jag. Är inte det i vägen och eventuellt en förorening i processen. Jag får inte riktigt ihop det hela. Ändå är det flera projekt, som hållit på lång tid och som verkar ha en seriös ledning, som antagit den här principen för fusion.

Jag antar att det var ett skämt. Det är ju i varje fall mikroskopiska mängder. Ingen koldioxid dessutom.

Varför behöver avstånden vara mikroskopiska, så att >1MV ger problem?

I patentet nämns 1,4 megavolt. Som sedan transformeras till mer hanterbar spänning.

Patentet nämner även att reaktionen kräver en laserpuls på 30kJ för att få igång reaktionen. Stämmer det med energin för att accelerera protonen och sätta igång fusionen?
Reaktionen ger 1 GJ energi. En faktor 30 000 större alltså.

Ifall kammaren pulsas med en puls per sekund i ett fusionskraftverk, skulle kraftverket ge 1GW. Det är samma effekt som en av Forsmarks 3 reaktorer. Men utan farlig radioaktivitet, och jag antar i en betydligt mindre fysisk storlek.

Nu har jag läst både patentet och ett antal av Horas vetenskapliga artiklar[1]. I grunden är teorin helt ok där de plockar delar från flera olika områden. Idén är inte ny men det är utvecklingen på laserområdet som tagit dem hit (var nu det är) med överkomliga laseruppställningar i PW-klass tack vare CPA. Fältgradienten som ska "tanka" alfapartiklarna på energi är inte placerade vid det lokala plasmat som jag först trodde utan i väggen. Då kan de separera gradienten från de högsta plasmadensiteterna och slippa de svåra problem som ett plasma i MV-gradienter kan ställa till med.

Jag har ändå svårt att se hur de ska kunna gå från i huvudsak teori och enkla experiment till kraftproduktion. Till att börja med måste all effekt som pumpas in i kammaren också kylas bort. Dels kommer bara en bråkdel av laserenergin i den accelererande strålen att verka på H-atomer om man räknar på tvärsnitten. Resten kommer att behöva tas omhand i en rejäl beam dump. Det är den enkla biten. Den svåra blir den andra strålen som kommer att generera magnetfältet via en typ av spole. Den kommer att dumpa kJ per puls i en relativt liten och klen metallkonstruktion mitt i kammaren. Lösbart men absolut inte trivialt. Fråga alla som håller på med ICF hur lätt det är att hantera kylningen av de centrala delarna i deras kammare som ändå är många storleksordningar större. Jag har vart på de flesta stora anläggningarna och det är ett av de första problemen som tas upp.

Nästa problem som jag ser det är hur de ska få upp repetitionsraten. De använder solida briketter som måste linjeras upp i kammaren väldigt många gånger per sekund om de ska få ut meningsfulla utbyten (alternativt bygga upp gigantiska energilager för att jämna ut stora, enstaka energipulser), detta i en mycket stökig miljö. En relativt liten andel av bor-atomerna kommer att fusionera med H till C-12 som sedan klyvs i de två följande stegen (C-12 -> alfa + Be-8 -> 3 alfa), resten kommer att hettas upp av alfapartiklar som ska passera genom plasmat (och där med inte bidrar till nettoutbytet) så vad de kommer att ha är en väldigt stökig kammare med ett hett bor-plasma.

Allt står och faller med vilken effektivitet de kan få ut. Om detta är det helt tyst. Föreståndaren (inte Hora) hummar om att vi får se om tio år. De har sökt patent och letar aktivt efter investerare innan de publicerat en komplett artikel som i detalj beskriver experimentet så att andra kan bekräfta eller skjuta ner deras påståenden. Bra om de vill tjäna pengar, uselt om de är vetenskapsmän. Det tråkiga är att Hora har gjort liknande saker sedan sent 70-tal. Hoppas de lyckas men jag är skeptisk. The devil is in the details.

[1] Nu var det inte det som tråden gällde, men jag har under åren läst väldigt många artiklar och Hora skriver verkligen uselt, riktigt uselt. De är inte triviala att nöta sig igenom, inte för att de är speciellt svåra men för att de är rörigt skrivna på mycket speciell engelska och mycket tunna förklaringar och mycket handviftande. Referenserna är till 75 % hans egna artiklar.

Är Hora (han har lite otur med namnet) en ny Andrea Rossi, eller vad tror ni lärde i tråden?

Jag är långt ifrån att förstå fysiken i detalj, men utmaningarna du nämner ifråga om kylning av små ytor o.s.v, det kan jag förstå.

Men angående pulsdrift, så är inte jag säker på att det är något problem. Därför att jag uppfattar det som att kunstruktionen agerar som en kondensator som laddas upp till 1,4MV efter en puls. Sedan ligger den laddningen där, och kan förbrukas i en måttlig takt om så önskas. Har jag förstått den biten rätt?

Jag gick in på hemsidan hb11.energy nu 5 år senare, och den finns kvar, men det är osäkert hur mycket som hänt under åren. De har i alla fall producerat ett antal vetenskapliga artiklar per år, så forskningen verkar till viss mån fortsätta. Sen verkar de ha ändrat inriktning en aning. Nu ska fusionsreaktorn inte längre producera el direkt, utan koka vatten som driver turbiner precis som vanliga fissionsreaktorer. Grunden är iaf precis som innan, att lågfrekventa starka laserpulser ska initiera fusionsreaktioner. Energin som avges är i teorin tusentals gånger högre än energin som driver lasern.

Senaste nytt är att de ska bidra till ett amerikanskt forskningsprojekt
https://hb11.energy/2025/02/11/hb11-...der-in-fusion/

Vad tror ni om den här? Är det ett lovande initiativ, eller finns det andra initiativ som ligger närmare att introducera kommerciella fusionsreaktorer?

Jag hittar inte något nu om hur deras experiment går. Producerar dom alfa partiklar, hur mycket och hur nära tröskeln eller break-even? Jag förstår inte förtjusningen över Boron-proton reaktionen då den kräver ännu mer extrema temperaturer än deuterium-tritium. Ok man slipper neutron strålning men se till att överhuvudtaget få effektiv kommersiell fusion på det enkla sättet först för tusan. Min gissning är att det är omöjligt eller många decennier kvar.

Vad jag tror ligger närmast ärhttps://www.zapenergy.com/ ZAP energy. De gör en ljusbåge (tänk blixt) av bränslet med rörformade elektroder. Fördelen är att en ljusbåge skapar sitt eget magnetfält och komprimerar sig själv. Mer ju mer ström man trycker igenom. Det enklaste sättet att göra det fungerar dock inte. Då snörs ljusbågen snabbt av och även om den snabbt kommer tillbaka, så blir det aldrig tillräckligt varmt och kompakt för att fusion ska uppstå. Deras metod får ljusbågen att förbli stabil i flera millisekunder, vilket faktiskt räcker. Det är dock inte utan problem. Försöken har utvecklats i stadig takt, men dom har inte nått ända fram än, även om de är ganska nära nu. Någonting verkar störa dom förutom att de behöver gå över till skarpt bränsle. Vet inte vad. De behöver öka strömstyrkan några 10 tals % och de har än så länge bara tillgång till deuterium. De producerar definitivt neutroner men rätt bränsle och högre ström behövs.

Mitt andrahandsval är Stellaratorn. Den är i stort sett en Tokamak men kammaren är vriden några gånger. Besvärlig konstruktion men bra och stabil funktion. Dock har dom inte hållt på så länge, så jag skulle tro att ZAP energy hinner före, som har en mycket enklare maskin och kan ställa om och ändra mycket snabbare.