Forskning: Fusionskraft kan bli framtidens säkra och billiga energi

2022-06-10

Tänk dig en form av kärnkraft som inte resulterar i långlivat radioaktivt avfall, inte släpper ut växthusgaser och som dessutom är billig att producera. Fusionskraft har beskrivits som framtidens lösning på vårt energibehov. Problemet är att den är ytterst svår att framställa, men tidigare i år presenterades mycket lovande framsteg som gör forskarna säkra på att de är på rätt väg.

fusionsreaktorn ITER
Reaktorn i nästa generations fusionsexperimentanläggning ITER där forskarna nu är säkra på kunna visa att fusionsreaktioner kan leverera mer energi än vad som krävs för att hålla igång reaktionerna.
Foto/bild: Getty Images

– Fusion är den process som ger solen dess energiutveckling, så man förstår att det är extrema förhållanden som krävs, berättar Göran Ericsson, professor vid institutionen för fysik och astronomi.

Till skillnad mot vad som sker i vanliga kärnkraftverk där tunga atomkärnor klyvs för att utvinna energi bygger fusionskraft istället på att slå samman kärnor från lätta grundämnen. Framför allt är det väte, universums vanligaste grundämne, som används, precis som i solen. När atomkärnorna smälter samman till en större atomkärna, alltså ett tyngre grundämne, blir den nya kärnan lättare än de båda ursprungliga atomkärnorna. Skillnaden i massa omvandlas i reaktionen till energi. Och det rör sig om väldigt mycket energi. Precis som dagens kärnkraft frigörs i varje reaktion cirka en miljon gånger mer energi än i en vanlig kemisk förbränning som när vi till exempel eldar med ved.

Göran Ericsson
Bakom tjocka väggar i Freialaboratoriet håller Göran Ericsson och kollegor från avdelningen för tillämpad kärnfysik på att att installera en ny kraftfull neutronkälla. Deras forskning är inriktad på att övervaka neutroner som bildas vid fusionsreaktioner. Foto: Mikael Wallerstedt

– Fusion har en del fördelar jämfört dagens kärnkraft: det bildas inga långlivade radioaktiva restprodukter i själva reaktionsprocessen och det finns inga möjligheter för en eskalerande kedjereaktion som kan ge en härdsmälta eller explosion. Råmaterialen för bränslet är också relativt billiga och utspridda över jorden, förklarar Göran Ericsson.

Försök sedan 1950-talet

Att få igång så långvariga reaktioner att mer energi produceras än vad som tillförs har dock hittills inte lyckats, trots att försök gjorts sedan 1950-talet. Men vid JET, som är världens största fusionsexperimentreaktor i drift, sattes nyligen efter ombyggnad av reaktorns innandöme och justeringar av instrumenten ett nytt världsrekord. Under de 5-6 sekunder som det är tekniskt möjligt att köra reaktorn producerades under de mest framgångsrika experimenten 59 MJ energi – tillräckligt stor mängd för att koka upp vatten i 60 kastruller. Det låter kanske inte så imponerande och motsvarade bara hälften av den energi som behövdes för att hålla igång processen. Men det var ändå en putsning av det gamla rekordet från 1997 och för forskarna var det en tydlig signal om att de är på rätt spår och kommer uppnå målet när nästa generations experimentreaktor tas i bruk 2025.

– Nu byggs ITER i södra Frankrike som har cirka tio gånger större bränslevolym än JET. Där är avsikten att frigöra minst fem gånger mer energi genom fusionsreaktionerna än vad som behövs för att hålla dem igång. Experiment vid JET gav också forskarna en stor tillförsikt att ITER:s design kommer att kunna leverera det, säger Göran Ericsson.

Neutroner övervakas

Vid Uppsala universitet har forskare länge arbetat med olika aspekter av fusionskraft. Inte minst intresserar de sig för neutroner som frigörs vid fusionsprocesser och fyller en viktig funktion för att hålla igång reaktionerna genom att bilda nytt bränsle. Problemet är att neutronerna skapar en intensiv strålning runt reaktorn när den är i drift och att neutronerna kan orsaka kärnreaktioner i andra ämnen i reaktorns byggnadsmaterial så det är nödvändigt att hålla koll på dem.

Göran Ericsson
Göran Ericsson, professor vid institutionen för fysik
och astronomi. Foto: Mikael Wallerstedt

– Min egen forskargrupp är ledande inom fältet neutronmätningar för fusion. Vi har flera ”egna” avancerade mätsystem installerade vi fusionsforskningsreaktorerna JET och MAST. Våra system tog fina data både vid de tidigare rekorden 1997 och även under experimenten hösten 2021. En annan grupp inom institutionen tittar på mer fundamentala aspekter på de kärnreaktioner som neutronerna kan ge i reaktorns byggnadsmaterial. Ytterligare en grupp använder kärnfysikaliska metoder genom att med jonstrålar analysera materialprover från olika fusionsexperiment för att vi ska lära oss hur materialens ytor och inre påverkas av de speciella förhållandena kring fusionsreaktorn, berättar Göran Ericsson.

Åsa Malmberg

FUSIONSFORSKNINGSANLÄGGNINGAR:

JET (Joint European Torus)
Världens i dag största experimentanläggning för fusionsforskning. Stod klar 1979 i Culham i Storbritannien. Den drivs som ett europeiskt samarbete inom Eurotomprogrammet.

MAST (Mega Ampere Spherical Tokamak)
Brittiskt fusionsexperiment som pågick 2000–2013. En ny uppgraderad version av anläggningen togs i bruk 2020 vid Culham Science Centre i Storbritannien.

ITER (Internationella termonukleära experimentreaktorn)
Nästa generations experimentanläggning som började byggas 2009 i Cadarche i södra Frankrike och planeras stå klar 2025. Projektet är ett internationellt samarbete mellan de 27 EU-länderna (däribland Sverige), Kina, Indien, Japan, Sydkorea, Ryssland, USA, Schweiz och Storbritannien.

LÄS MER:

Fusionsdiagnostikgruppen

Fusion och fusionsdiagnostik för nyfikna