Drömmen: en ekonomiskt hållbar fusionsreaktor
Fusion är framtidens hållbara energikälla. Men än finns komplexa hinder som kan skada reaktorerna. Forskaren Mathias Hoppe utvecklar avancerade beräkningsmetoder för att studera hur skenande elektroner kan förebyggas.
En av de största utmaningarna för framtidens fusionsreaktorer är att hantera den enorma energi som frigörs vid en plötslig avstängning, kallad "disruption". Detta fenomen kan orsaka omfattande skador på reaktorns väggar. Utöver att värme snabbt leds till väggen och kan orsaka smältskador, omvandlas en del av energin till elektroner som accelereras till nära ljusets hastighet, kallade "skenande elektroner". Dessa elektroner kan orsaka betydande skador på reaktorn.
- Min forskning handlar om att identifiera och utvärdera olika metoder för att antingen undvika att skenande elektroner uppstår eller för att bromsa ned dem om de ändå uppstår. Det är här den teoriutveckling och modellering som vi gör här på KTH kommer in och gör skillnad. Vi utvecklar modeller som kan testas och bekräftas i dagens fusionsreaktorer så att vi sedan kan använda dem för att göra förutsägelser om morgondagens maskiner. Specifikt använder vi en kombination av modeller från elektromagnetism, statistisk fysik och fluidmekanik för att beskriva hur det extremt varma plasma som innesluts i en fusionsreaktor beter sig, säger Mathias Hoppe.
Utveckling av beräkningsmetoden
Under sin tid som doktorand på Chalmers utvecklade Mathias Hoppe simuleringskoden DREAM. Efter disputationen spenderades en tid som postdoktor i Schweiz för att simulera experiment och avgöra om DREAM kan reproducera resultat från dagens fusionsexperiment. Sedan 2023 har arbetet fortsatt på KTH tillsammans med studenter, med målet att simulera både dagens och framtidens fusionsexperiment.
- DREAM har blivit en av de ledande koderna för simulering av disruptioner och skenande elektroner. Förutom att vi använder den flitigt på KTH och Chalmers, används DREAM vid nästan alla större fusionslaboratorier i Europa, samt vid ett antal labb i USA och Kina. Som ansvarig utvecklare för koden är jag direkt involverad i många av projekten och försöker hjälpa andra forskare både med att köra DREAM och tolka den fysik som utspelar sig i fusionsreaktorer under en disruption. säger Hoppe.
Framtida visioner för fusionsforskning
Problemet med skenande elektroner i fusionsreaktorer är komplext och långt ifrån löst. Målet är att tillsammans med forskargruppen utveckla mer beräkningseffektiva modeller för disruptioner och skenande elektroner för att utvärdera fler möjliga metoder för att minimera skadorna. Att ha tillgång till sådana modeller kan spara mycket tid och pengar för framtida reaktorexperiment och bidra till att göra fusion till en ekonomiskt hållbar och attraktiv energikälla.
Text: Charlotta Alnersson