Fusion – framtidens energikälla?

Bygget startade 2013 i Cadarache, fem mil nordväst om Aix-en-Provence vid floden Durence. I dag är området en enorm byggarbetsplats där den 60 meter höga reaktorhallen sakta tar form. 2019 ska allt vara klart och reaktorn monteras.

Iter – International Thermonuclear Experiment Reactor – är världens största internationella samarbetsprojekt sedan Internationella rymdstationen. Sju parter deltar: Japan, USA, Sydkorea, Indien, Ryssland, Kina och EU. Av dessa står EU för 45 procent av kostnaden, och har därigenom också den största delen av industrikontrakten för anläggningen. Genom EU är även Sverige med på ett hörn.

– Ett tusental ingenjörer, forskare och administratörer från hela världen jobbar nu i projektet, säger Aris Apollonatos vid Iter. Däribland en svensk vid namn Anders Wallander.

Syftet är att bygga världens första fungerande fusionsreaktor, en anläggning som ska kunna ge tio gånger så mycket energi som den kräver för att komma i gång. Som bränsle vid fusionen används deuterium, tungt väte, och tritium, supertungt väte med två neutroner i kärnan.

Reaktionen i fusionsreaktorn ser ut så här, säger Mark Henderson, forskare vid Iter:

²H + ³H ger ⁴He + 3,5 MeV + n + 14,1 MeV.

En deuteriumkärna och en tritiumkärna förenas och bildar en heliumkärna och en fri neutron. Samtidigt frigörs energi. Om allt går väl ska Iter visa vägen för framtida fusionskraftverk som ska kunna förse världen med billig och säker kärnenergi med vatten som bränsle.

Nåja. Deuterium får man ju ur tungt vatten, som man i sin tur får genom destillation av vanligt vatten, men tritium, supertungt radioaktivt väte?

– Ja, det bekymrar mig, svarar Mark Henderson. Som det är nu får vi tritium från Candu­reaktorer, fissionsreaktorer av tungvattentyp. Men på sikt ska vi använda fria neutroner för att tillverka eget tritium av grundämnet litium i reaktorn.

Många kanske föreställer sig att ett fusionskraftverk fungerar ungefär som fissionsreaktorerna i exempelvis Forsmark eller Ringhals.  Men det är fullständigt fel. Medan Ringhals och Forsmark har en het härd som kontinuerligt kokar vatten fungerar ett fusionskraftverk snarare som en fyrtakts dieselmotor.

Så här ser fusionsreaktorns arbetscykel ut. Takt ett: bränsle (deuterium och tritium) injiceras. Takt två: bränslet hettas upp till ett 150 miljoner grader hett plasma. Takt tre: atomkärnorna i plasmat fusionerar och avger energi som tas upp av värmemanteln och förångar kylvatten. Takt fyra: plasmat kollapsar, varefter plasmakammaren töms på ”aska” (helium). Så kan processen starta på nytt.

En dieselmotor går igenom sina fyra takter (insug, kompression, explosion och tömning av avgaserna) på en bråkdel av en sekund. För fusionsreaktorn Iter beräknas att en arbetscykel tar en halvtimme. Själva fusionsfasen beräknas kunna pågå i 500 sekunder, det vill säga upp till 8 minuter, innan plasmat kollapsar (fusionsreaktorn Jet (Joint European Tokamak) utanför Oxford klarade bara en knapp sekund). Därefter tar det minst tjugo minuter av förberedelser innan allt är färdigt för en ny fusionsomgång. Reaktorn är dimensionerad för att under sin livstid klara 30 000 cykler.

Liksom dieselmotorn behöver fusionsreaktorn en mängd hjälpsystem för att fungera. Först och främst krävs extremt kraftiga magneter, 300 000 gånger starkare än det jordmagnetiska fältet, för att hålla det heta plasmat på plats. Magneterna består av supraledande spolar av legeringarna Nd₃Sn och NbTi. För att de ska bli supraledande måste de kylas ner till 4 K, –269 °C. Alltså behövs också en kryostat, en kylanläggning som cirkulerar flytande helium i magnetlindningarna. Dessutom behövs vakuumpumpar för att tömma plasmakammaren på all luft, en apparatur för injektion av bränsle i pelletform och reglersystem för att styra magneterna så de håller det elektriskt ledande plasmat på plats.

För att fusionsreaktionen ska starta krävs att plasmat hettas upp till 150 miljoner °C (tio gånger så mycket som i solens inre). Till detta används mikrovågs- och radiofrekvensgeneratorer på sammanlagt över 50 MW.

Alla dessa system drar stora mängder energi, men vad gör det om man får ut det tiodubbla när reaktorn går.

Ett stort tekniskt problem är att vissa delar av maskinen ska ha en temperatur nära absoluta nollpunkten, medan andra delar, på bara några meters avstånd, ska vara hetare en solens innandöme. Det blir universums högsta kända värmegradient.

Kommer Iter att fungera? Jodå, säger experterna. Men Iter är inte avsedd för elproduktion, utan är bara en försöksanläggning. Nästa generation forskningsreaktor, som kallas Demo, planeras redan nu för att klara mer kontinuerlig fusion. Den kommer att bli ännu större än Iter. Men tidigast 2050 får vi se ett kommersiellt fusionskraftverk i drift. Fusionskraften hör fortfarande till framtiden, precis som den gjort alltsedan 1950-talet.

Alla är inte lika positiva till fusionskraften som de anställda på Iter. På en bergsida längs motorvägen mot Aix har någon målat ”Non à Iter” med stora bokstäver. Och för några år sedan försökte ett gäng miljöaktivister ta sig in på den franska kärnanläggningen vid sidan om Iter. Och har inte Iter sprängt budgeten med tre gånger och blivit alldeles för dyrt?

– Det beror på vad man jämför med, svarar Mark Henderson. Iterprojektet beräknas nu kosta 15 miljarder euro, vilket delas på alla de sju deltagande nationerna. VM-turneringen i fotboll i Qatar 2022 beräknas komma att kosta tio gånger så mycket, 150 miljarder euro.

Länk till Iters webbsajt