Instrument designas till fusionsanläggningen ITER
Neutronspektrometern ska mäta neutronflödet i ITER:s fusionsreaktor. Illustration: Uppsala universitet
Just nu byggs världens största experimentanläggning för fusionskraft, ITER, i södra Frankrike. Där ska fossilfri energi skapas på samma sätt som i solen, genom att lätta atomer slås samman. Forskare vid Uppsala universitet deltar på flera olika sätt. Anders Hjalmarsson, vid Institutionen för fysik och astronomi, leder arbetet med att designa en högupplösande neutronspektrometer.
Anders Hjalmarsson, forskare vid Institutionen för fysik och astronomi. Foto: Mikael Wallerstedt
Instrumentet behövs för att kunna kontrollera hur fusionsbränslet, som består av en blandning av de båda vätevarianterna deuterium och tritium, beter sig inne i reaktorn. I ITER:s reaktor innesluts fusionsbränslet, alltså vätet, av starka magnetfält. Vid fusionsprocessen kan neutroner som frigörs lämna reaktorn – och det är det som ska mätas.
– Neutronspektrometern registrerar inte bara neutroner utan kan också mäta neutronernas energier, vilket är en nödvändig instrumentegenskap för att i realtid kunna bestämma förhållandet mellan antalet deuterium- och tritiumjoner i reaktorbränslet. Det finns ett optimalt blandningsförhållande för att bränslet ska utnyttjas optimalt och man vill därför uppnå ett stabilt bränslejonförhållande som är en 50:50-blandning av deuterium- och tritiumjoner. Med en neutronspektrometer kan vi övervaka hur nära vi är, förklarar Anders Hjalmarsson.
Preliminär desing är framtagen
När instrumentet är klart kommer det att kunna mäta förhållandet mellan de olika jontyperna varje tiondels sekund.
Arbetet fortlöper som planerat och forskarna har nu nått ett viktigt delmål.
– En preliminär design av instrumentet är framtagen och arbetet pågår för att undersöka vid vilka fusionsförhållanden instrumentets kommer att uppfylla ITER:s kravspecifikationer. Dessutom pågår ett omfattande arbete med instrumentintegration vid ITER, berättar Anders Hjalmarsson.
Ska man vara noga är det egentligen ett helt system av olika neutronspektrometrar Anders Hjalmarsson och hans kollegor är med och utvecklar. En av de största utmaningarna är att det måste fungera för ITER:s kraftigt varierande fusionseffekter. När reaktorn sätts i drift kommer de att skifta mellan alltifrån 0,5 megawatt till 500 megawatt. Det innebär att fusionseffekterna, och därmed neutronflödena, kommer att variera med en faktor 1 000.
– Det är mycket utmanande. För att kunna bestämma bränsle-jonförhållandet för det här stora spannet av fusionseffekter krävs alltså ett system av flera neutronspektrometrar, där Uppsala universitet ansvarar för designen av två flygtidsspektrometrar, säger Anders Hjalmarsson.
Mätning av neutroners hastighet
Enkelt beskrivet mäter en flygspektrometer tiden det tar för en neutron att färdas en viss sträcka.
Byggandet av ITER har tagit längre tid än vad som ursprungligen var tänkt. Först var det sagt att anläggningen skulle stå klar 2016 men de planerna har fått revideras.
– I den senaste tidsplanen för ITER är det tänkt att neutronspektrometersystemet ska installeras 2033–34, och att ITER ska tas i drift i mitten av 2035. Men dessa datum är såklart lite osäkra och kan komma att justeras framöver, säger Anders Hjalmarsson.
Åsa Malmberg
Internationella termonukleära experimentreaktorn (ITER)
ITER började byggas 2009 i Cadarche i södra Frankrike. Projektet är ett internationellt samarbete mellan de 27 EU-länderna (däribland Sverige), Kina, Indien, Japan, Sydkorea, Ryssland, USA, Schweiz och Storbritannien.
Själva hjärtat i anläggningen kommer att vara reaktorn som är av typen tokamak. Den är cylinderformad, 24 meter hög och 30 meter bred.