Avhandling visar nya sätt att undersöka bränslet inuti en fusionsreaktor

Flera stora forskningsprojekt pågår för att undersöka om det är möjligt att utnyttja energin som uppstår vid fusionsreaktioner till att producera elektricitet. En svårighet i arbetet är att det är så varmt i reaktorn att man inte kan ha mätinstrument där. I en ny avhandling från Uppsala utforskas olika metoder för att beräkna neutronflödet från reaktorn för att på så sätt få fram information om vad som händer där inne.

Om det skulle visa sig vara möjligt att utnyttja energin som uppstår vid fusionsreaktioner till att producera elektricitet skulle fusionsenergi kunna bli ett värdefullt bidrag till världens elproduktion. För att lyckas med detta måste fusionsbränslet upphettas till mycket höga temperaturer. Vid flera olika fusionsexperiment runt om i världen kan man idag skapa och upprätthålla temperaturer på 10-100 miljoner grader, varmare än i solens centrum.

En utmaning inom fusionsforskningen är att utveckla mätmetoder som kan ge information om tillståndet inne i reaktorn. Detta kan vara väldigt problematiskt eftersom de höga temperaturerna gör det omöjligt att placera mätinstrument inuti själva reaktorn. Många mättekniker har utvecklats för att få information om olika aspekter av det som händer i fusionsreaktorn under ett experiment. En möjlighet är att studera neutronflödet från reaktorn. Neutronerna bildas i fusionsreaktionerna, vilket innebär att antalet neutroner kan ge information om bränslets densitet, och neutronernas energi kan ge information om energierna hos atomkärnorna i bränslet.

I sin avhandling bygger Jacob Eriksson, doktorand vid institutionen för fysik och astronomi, vidare på tidigare forskning om neutrondiagnostik för fusionsexperiment och fokuserar framför allt på metoder för att beräkna det förväntade neutronflödet från olika teoretiska modeller av fusionsprocessen, samt att använda resultatet av dessa beräkningar till att få information om bränslet.

Ett av huvudresultaten i avhandlingen är att det går att uppskatta kvoten mellan densiteterna av de två bränslejonslagen deuterium och tritium som finns i fusionsreaktorn, genom att studera fusionsneutronernas energispektrum. Bränslejonkvoten har stor inverkan på den producerade fusionseffekten och för att kunna driva en fusionsreaktor på ett optimalt sätt är det därför mycket viktigt att kunna mäta denna kvot. Dessa resultat utnyttjas för närvarande för att designa ett nytt neutronspektrometersystem för nästa generations fusionsexperiment, ITER, som håller på att byggas i Cadarache i södra Frankrike.

Experimenten som studeras i avhandlingen är alla utförda vid fusionsreaktorn Joint European Torus (JET) i England.

För mer information kontakta Jacob Eriksson, doktorand vid institutionen för fysik och astronomi, tel: 018-471 3569 eller 0708- 47 13 18, e-post: jacob.eriksson@physics.uu.se

Avhandlingen “Neutron Emission Spectrometry for Fusion Reactor Diagnosis : Method Development and Data Analysis” kan laddas ner i fulltext.

Relaterade länkar:
https://www.euro-fusion.org/
https://www.euro-fusion.org/jet/
http://www.iter.org/